小型船舶船體振動的原因及對策探討

高峰 馬安奎

摘 要：船體會在主機以及螺旋槳等外界干擾下產生一定的振動，尤其是小型船舶，受到的振動影響更為劇烈，而且一旦振動過大，會影響到船舶的正常航行。基于此，本文首先提出船體設計、主機引發船體振動以及螺旋槳引發的船體振動等問題，其次，通過優化船體設計、主機減震、螺旋槳減震等方面，就小型船舶船體振動原因及其解決對策進行簡要分析，并提出自己一點看法。

關鍵詞：小型船舶；船體振動；減震措施

引言：船體的振動能夠對小型船舶造成非常大的傷害，不僅會影響到船員在航行過程中的舒適度，還會影響到船上設備的正常運行，從而導致船上設備的損壞，造成小型船舶無法正常航行的情況出現，如果不能及時解決，嚴重的甚至會對船員生命產生威脅。因此，對于小型船舶船體振動的研究，已經具備非常重要的意義。

1小型船舶船體振動的主要原因

船體作為海上航行的交通工具，在航行過程中會受到各種外部影響，總體來說，引發船舶船體振動的主要原因在于以下三點：1）船體設計存在問題。在設計過程中，由于船體設計人員的疏忽，導致船舶尺寸、主機選擇、螺旋槳間隙、船尾線性、尺寸、布置以及結構等存在一定問題，如設備與船體共振等，導致船舶航行過程中出現嚴重的振動問題；2）主機引發船體振動。主機引發振動主要為運動部件的慣性力產生的不平衡力矩，以及主機內壓力產生側向或者垂直的傾覆力矩，如主機運行過程中產生的往復慣性力及離心慣性力等，都會加劇船體的振動影響；3）螺旋槳引發船體振動。螺旋槳也是引發小型船舶振動的主要因素，螺旋槳在工作過程中，會產生兩種激振力，其中包括軸頻激振力：螺旋槳運轉時產生的機械激振力，與槳軸轉數持平；葉頻激振力：螺旋槳在海浪等不均勻流暢中運轉產生的高頻激振力，此外，小型船舶在淺水中航行，會遇到冰塊、流沙、卵石、水草等影響，造成槳葉折斷、卷邊等情況出現，也會加劇小型船舶的船體振動。

2小型船舶船體振動的對策分析

2.1優化船體的設計

小型船舶產生振動的原因非常多，想要根治非常困難，因此如果能夠通過優化船體設計的方式，結合小型船舶的特點，對小型船舶采取振動預防措施，將會起到非常良好的效果。而在小型船舶設計過程中，應注意以下幾點問題：1）船體配套的選擇。由于小型船舶主機動力需求并不像大型船舶那么多，而為了提高小型船舶的航行效率，在設計過程中，通常會采取降低轉速加大螺旋槳葉片的方式，這無疑提高了低頻共振的可能性。因此，在對螺旋槳、減速齒輪箱、主機等配套設施進行選擇時，應結合船體材質的固有頻率數據研究成果，通過改變頻率等方式，來避免發生共振現象；2）尾部設計。在船體設計過程中，除了要考慮小型船舶速度以外，還要考慮船舶的振動，因此，在尾部設計過程中，應保證尾部線性能夠與螺旋槳之間產生的水流流暢，要避免渦流的產生。如小型船舶的U型船尾產生的軸向伴流與V型船尾相比而言更為流暢，能夠起到非常良好的作用[1]。

2.2主機的減震措施

主機的減震措施可以通過以下幾種方式進行：1）主機的布置。可以通過在小型船舶主機與船接合處布置減震器，通過減震器的減震功能，從而減少船體振動的傳遞。就目前而言，國內小型船舶使用的減震器主要包括橡膠減震器以及彈簧減震器兩種，其中橡膠減震器具有結構簡單，能夠起到很好的減震、降噪、易于加工及成本低等優點，但是橡膠減震器容易受到主機溫度、柴油侵蝕的影響，從而產生結構性質的變化，因而具有壽命短、需要及時更換的缺點；而金屬減震器使用壽命較長，但是在減震、降噪方面的效果不如橡膠減震器；2）船體的布置。當小型船舶主機振動過大時，可以通過對船體進行全方面敷設減震涂層的形式，從而達到船體減震的目的。能夠使用于船體的減震涂料主要包括瀝青、水泥、橡膠、塑料、泡沫以及各種高聚物合成涂料，此外，一些容易產生噪音的措施如主機管路、主機外表層也可以通過覆蓋涂層的方式進行[2]。

2.3螺旋槳減震措施

螺旋槳在小型船舶正常運行過程中，如果產生的伴流并不均勻，會產生渦流，并且能夠引發船體振動。減少螺旋槳的振動措施主要包括以下幾種：1）改善伴流。除了文中提到的優化尾型設計外，還可以通過加裝尾鰭的方式改善伴流。安裝導流尾鰭，能夠有效減少水下產生的斜流影響，同時又能夠將斜流進行有效引導，從而產生均勻的伴流。此外，在舵上加設水滴形的導流帽，也能夠有效改善螺旋槳去流不穩定的情況；2）螺旋槳的改進。螺旋槳葉數的提升會降低誘導脈動壓力，為了避免引起空炮，應設定相應的葉數；螺旋槳斜角的提升能夠減少螺旋槳的軸承應力；串列螺旋槳能夠解決產生激勵過高的問題。除此之外，還有一些能夠對小型船舶產生振動的原因，如輔機、軸轉動、海浪擊打等，對于這些振動，采取的措施存在一定區別，但是與文中描述幾種方式原理相同。其一，通過改變結構從而避免共振出現；其二，通過減小振動傳遞以及振源的生產；其三，增加船體的抗振、降振能力，從而預防振動的發生。

綜上所述，小型船舶船體振動對其正常航行影響非常大，因而在進行防振處理過程中，應通過預防、針對性阻止等方式進行。由于船體在布置完成后，產生振動的振源較多，如果能夠在設計過程中，便提前考慮到振源產生的可能性，并采取相應的設計方案，防振效果會更好一些。

參考文獻：

[1]雒強. 42m拖網漁船的全船振動分析[D].浙江海洋學院，2014.

[2]金伯平.小型船舶船體振動的原因及對策[J].船舶工業技術經濟信息，2004（08）：52-53.