潜艇的主要噪声来源
何琳揭开潜艇降噪之谜
国家科技进步奖二等奖２项、发明专利３ 项，军队科技进步奖一等奖２项、二等奖
２项。荣立二等功１次，三等功２次。
２０１３．１２总第１７４期２９
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ万方数据
何琳:揭开潜艇降噪之谜
作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 周方彤
中国科技奖励 China Awards for Science and Technology 2013(12)
主要的来源就是潜艇上的机械设备，
机械噪声是潜艇的第一大噪声源；第二
大噪声源就是螺旋桨，螺旋桨推动潜 艇前进会发出很大的噪声；第三大噪声 源是流噪声，即水流流过潜艇激发出
生，师从施引教授。从此，与潜艇减振
降噪技术结下不解之缘。
的噪声。在潜艇低速隐蔽航行时。螺旋 桨和流噪声很小，潜艇航行能达到的
最低噪声水平是由机械噪声决定的，
成了国防科技重点实验室。
如今何琳的创新团队科研模式已 经进入了良性循环，他门开展的所有技
轴系高精度动态对中的难题，在国内外 首次研制出动态对中精度在几丝到十 几丝的精度范围内，具有高安全机制
的第四代隔振装置。２０１２年何琳在香 港国际会议上介绍了这项技术。引起了 很大轰动。 解决了潜艇动力机械的高效隔振
器、中间基座、再一层减振器与艇体连 接。这是美国人的早期发明，何琳的导 师是国内最早跟踪研究这项技术的专 家。但是这个装置存在明显的局限性：
如果每一台设备都采用一个双层隔 振，势必会增加太多的重量，占用过多 的空间。美国很快就将这种技术发展
潜艇降噪研究
１９８１年，何琳以优异的成绩考上 了海军工程学院轮机工程专业的研究
技进步奖二等奖、军队科技进步奖一
先面临的问题就是国内缺乏与之匹配的 隔振器技术。“这个技术实际困扰着我
潜艇辐射噪声的特征、强度描述方法以及一些误区
潜艇辐射噪声的特征、强度描述方法以及一些误区导读经常听大家在讨论潜艇噪声啊，那么潜艇噪声到底是什么样的，以及水声学专业上如何描述潜艇噪声强度的呢？下面我打算用尽量通俗的语言来略微讲解一下，希望不要太枯燥。
首先需要了解的基本名词和解释，如果你想真正看懂本文最好仔细看这几个名词，在谈到潜艇噪声的时候这几个名词会经常出现——当然对电子与信息工程、通信工程、雷达这种相关工程的亲以及我的同行水声工程出身的亲这几个名词可以忽略不看吧。
1、名词：(1)时域、频域：描述信号的空间，通俗的说时域就是信号的波形，频域就是信号波形经傅立叶变换后的形态。
除此之外，信号还可以经过不同变换在不同的信号空间内被描述，不过一般对信号的描述都在时域或频域空间内进行，其他各种域基本都是为了提取信号用的。
(2)带宽：信号在频域上的宽度，一般有3dB带宽，6dB带宽以及10dB 带宽多种，是指信号在频率上的能量下降到中心频率能量3dB(6,10)之内的频点间的宽度——必须注意这和搞电脑或者网络的带宽定义不同，网络的带宽在水声对应的称呼是信道最大容量。
(3)宽带、窄带：宽带是指带宽远大于频率下限的信号，而窄带一般是指带宽远小于频率下限的信号。
(4)线谱：简单而不严格的说，线谱就是单一频率的信号——实际上带宽极窄的信号也可以被称为线谱。
(5)调制谱：信号(宽带、窄带或线谱)因螺旋桨转动或其他因素将转动的能量周期性的乘到信号上，从时域上看是信号的包络，是一种幅度调制，和收音机的AM类似。
(6)谱级、频带级、总源级：这些都是描述声强度的量，谱级是指单一谱线(可以认为是1Hz带宽上)的信号强度，频带级是指某个给定带宽上信号的总强度，总源级是指信号的总强度。
对于没有频谱是平的白噪声而言，B带宽内的频带级是谱级加上10logB(7)倍频程：倍频程是频带划分的一种方式，如果F1/F2=2则称F1和F2之间是一倍频程，用OCT表示。
如果F1/F2=2^1/3则称F1和F2之间是三分之一倍频程，用1/3OCT表示。
(完整)潜艇的消音降噪技术精品PPT资料精品PPT资料
2、螺旋桨噪音
• 螺旋桨噪声一般是潜艇中高速航行的主 要噪声源。即使在较低速度航行时，螺旋 桨噪声也是潜艇的主要噪声源。
• 与机械噪声不同，螺旋桨噪声产生在艇 体外面，由螺旋桨转动引起的，即主要由 螺旋桨叶片振动和螺旋桨空泡产生的。
3、水动力噪音
• 水动力噪声是由不规则或起伏的水流流过 运动着的潜艇产生的。当不规则的水流流 过艇体时。与之有关的压力起伏，作为声 波直接辐射出去。
• d) 泵喷推进。随着潜艇航速的不断提高，有 可能使螺旋桨重新产生空泡，此外螺旋桨尾 流的旋转，使小部分耗散的能量转化为声能。 为此，国外研制了一种新型的低噪声推进器-泵喷推进器来取代螺旋桨推进。泵喷推进器 由转子、定子和减速阻尼导管组成。转子、 定子产生的噪声被导管遮蔽，转子后的定子 又可减少尾流旋转能量的损失。减速型导管 能够延迟转子空泡的起始，最终达到降噪的 目的。
潜艇的消音降噪技术
一、潜艇隐身技术重要性
• 潜艇隐身技术是指各国海军为使其潜艇不 易被敌方发现所研制和应用的技术。随着 潜艇技术的发展，游弋于大洋深处的潜艇 将会更隐蔽、更具突然攻击能力，真正成 为隐蔽在大洋深处的利剑。
其原理是通过在舰壳水下部分和螺旋桨部位向水中喷射压缩空气，从而形成一定厚度的气幕来有效屏蔽、衰减和散射舰艇的水下宽频 带辐射噪声。 由于该技术降噪效果显著、造价低廉，因而广受各国海军青睐。 泵喷推进器由转子、定子和减速阻尼导管组成。 潜艇隐身技术是指各国海军为使其潜艇不易被敌方发现所研制和应用的技术。 b)叶片选用高阻尼合金材料，可抑制桨叶振动，降低辐射噪声。 潜艇隐身技术是指各国海军为使其潜艇不易被敌方发现所研制和应用的技术。 该技术是西方国家海军较为推崇的一种用来提高舰艇水下声隐蔽性的高技术。
据测算，潜艇的噪声每降低20分贝，可使己方被动声纳探测距离增加一倍，敌方被动声纳探测距离减半，同时使本艇的声模拟干扰装 置作战效果提高15倍左右。
船舶噪声与振动控制
船舶噪声与振动控制船舶噪声与振动控制是船舶设计和运行中非常重要的方面。
船舶在海上航行时，会受到各种因素的影响，产生噪声和振动。
这些噪声和振动不仅对船舶的运行效率和安全性产生影响，还会对船员和乘客的舒适度产生影响。
因此，对船舶噪声与振动进行控制是非常必要的。
船舶噪声的来源船舶噪声的来源主要有两个方面，一是船舶的机械设备，二是船舶的流体动力学特性。
机械设备船舶的机械设备包括主机、辅机、发电机、泵等，这些设备在运行过程中会产生噪声。
噪声的主要原因是设备中的零件在运动过程中产生的碰撞、摩擦和振动。
此外，设备的冷却系统、排气系统等也会产生噪声。
流体动力学特性船舶在海上航行时，会受到海水的冲击，产生流体动力学噪声。
这种噪声主要是由于船舶的船体、螺旋桨、舵等部件与海水相互作用产生的。
流体动力学噪声的频率范围较广，可以从几十赫兹到几千赫兹不等。
船舶振动的来源船舶振动的来源主要有两个方面，一是船舶的机械设备，二是船舶的流体动力学特性。
机械设备船舶的机械设备在运行过程中会产生振动。
振动的主要原因是设备中的零件在运动过程中产生的碰撞、摩擦和振动。
此外，设备的冷却系统、排气系统等也会产生振动。
流体动力学特性船舶在海上航行时，会受到海水的冲击，产生流体动力学振动。
这种振动主要是由于船舶的船体、螺旋桨、舵等部件与海水相互作用产生的。
流体动力学振动的频率范围较广，可以从几十赫兹到几千赫兹不等。
船舶噪声与振动的控制方法船舶噪声与振动的控制方法主要有以下几种：隔振降噪隔振降噪是通过隔离船舶机械设备和船体之间的振动传递，降低船舶噪声的方法。
常用的隔振降噪材料有橡胶隔振器、空气隔振器等。
吸声降噪吸声降噪是通过吸收船舶噪声的能量，降低噪声的方法。
常用的吸声材料有吸声泡沫、吸声板等。
隔声降噪隔声降噪是通过隔绝船舶噪声的传播路径，降低噪声的方法。
常用的隔声材料有隔声板、隔声窗等。
减振设计减振设计是通过优化船舶机械设备的设计，减少振动产生的方法。
潜艇振动噪声的控制研究
文章编号:1006-1355(2006)05-0001-04潜艇振动噪声的控制研究孔建益,李公法,侯 宇,杨金堂,蒋国璋,熊禾根(武汉科技大学机械自动化学院,武汉430081) 摘 要:系统介绍了潜艇振动噪声的主要来源:机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声,并从这三个方面详细论述了具体的控制方法。
指出螺旋桨噪声、水动力噪声和设备机座机械噪声被有效抑制后,管道系统便成为“安静型”潜艇的主要噪声源。
从管道的被动控制和主动控制两个方面论述了管道振动控制的研究现状,并对潜艇振动噪声控制的研究进行了展望。
关键词:振动与波;噪声;被动控制;主动控制;潜艇中图分类号:U674.76;U661.44 文献标识码:AR esearch on Vibration and Noise Controll of SubmarineKON G Jian 2yi ,L I Gong 2f a ,HO U Y u ,YA N G Ji n 2tang ,J IA N G Guo 2z hang ,X ION G He 2gen(College of Machinery and Automation ,Wuhan University ofScience and Technology ,Wuhan 430081,China ) Abstract :Machinery noise ,propeller noise and hydrodynamic noise ,the main vibration and noise resources of submarine are introduced systemically ,and concrete control methods are discussed from the above three aspects.Then the pipe system becomes the main noise resource of quite submarine ,when propeller noise ,hydrodynamic noise and machinery noise of facility base are controlled effective 2ly.The current status of vibration control is discussed from the two aspects of passive control and ac 2tive control of pipe.At last the future trends and advances of vibration and noise control of submarine are discussed.K ey w ords :vibration and wave ;noise ;passive control ;active control ;submarine 收稿日期:2005211227基金项目:湖北省机械传动与制造工程重点实验室开放基金;湖北省教育厅科研资助项目作者简介:孔建益(1961-),江西上饶人,教授博导。
潜艇复合材料螺旋桨
潜艇新型复合材料螺旋桨复合材料螺旋桨及其设计螺旋桨对于潜艇来说至关重要，它不仅是潜艇的推进系统，同时也是潜艇主要的噪声源，生产新型高技术螺旋桨就可以大大降低潜艇的被发现概率。
为此除了大幅度减轻螺旋桨的重量以外，采用复合材料也非常有效，因为设计者可以通过选择树脂、纤维，安装位置和安装方向以及优化生产步骤来达到复合材料螺旋桨最理想的性能。
螺旋桨采用复合材料会对它的振动产生影响，后者极大地影响了潜艇的声学性能。
因此螺旋桨桨叶可以使用高阻尼减震材料，但要确保必要的强度和弹性。
螺旋桨的金属毂可以使用传统的螺旋桨铜合金生产。
由于对潜艇磁信号大小有越老越高的要求，金属毂（轴心）也可以用特种非磁性钢制造。
为了确保给刚性连接，每个螺旋桨叶都需要压制成楔形榫头连接，可以紧扣在一起，这样组装时可以使各个部件表面相互调整至精确程度，达到精确安装，从而不会产生摇摆或振动。
当螺旋桨反转时，固定一个锁紧垫圈，可以防止桨叶松动。
德国212A型潜艇上的复合材料螺旋桨叶就安置在了螺旋桨桨毂内。
复合材料复合材料成分主要有几类：碳纤维，可以加强硬度和强度；玻璃纤维，可以有效降低噪声；凯夫拉合成纤维，可以减少振动产生的噪声；环氧树脂；螺旋桨叶采用轧制分层构造。
螺旋桨使用阻尼材料会对低频交流（最高200赫兹）和高频振荡噪声产生影响。
两者都是结构上的自激振动。
为了避免这一现象，只有达到可能实现的最高阻尼减震值才会有助于降低螺旋桨噪声。
例如，高阻尼锰合金的损失因数为0.5%。
德国212A型潜艇上的复合材料螺旋桨已经实现了2.0%的损失因数。
最理想的复合材料螺旋桨损失因数是4.0%。
这样就可提高螺旋桨的共振频率，减弱螺旋桨的弯曲振动从而降低声波曲辐射，德国慕尼黑埃尔丁附近的实验中心对复合材料进行了进一步的材料试验，为试验强度和寿命周期以及获取必要的计算参数提供了一手的数据。
同时在该实验中心还成功进行了1：2.和1：1比例的实体复合材料螺旋桨叶的材料疲劳试验》在206A型潜艇上进行的实验从2002年开始，德国海军在1艘206A型潜艇上成功进行了第一具复合材料螺旋桨的试验。
现代潜艇的的噪音来源及艇体分类
潜艇的噪音主要来源有：舱内机械运转时产生的空气噪音，机械构件振动引起的在艇体结构中所传播的结构噪音，水流经过艇体及突出体和艇内各种系统工作引起的流体动力噪音，螺旋桨的转动噪音。
在这些噪音源中，机械设备和螺旋桨是主要噪音源。
目前各国在建造潜艇时都采用了种种降低噪音的措施，有些国家还建造了低噪音的“安静型”潜艇。
只要声纳仍是反潜兵力探测潜艇的主要手段，人们对降低潜艇噪音的探索就不会停止。
聚氨酯护舷实心漂浮护舷：/出的战术优点就是隐蔽性好，但随着防潜、反潜器材和反潜武器的不断发展，潜艇仅仅靠藏在水下已经无法使潜艇避免来自水下、水面和空中的攻击了。
各国海军为探测潜艇，在舰艇、飞机、潜艇甚至海底装备了水听器来监听周围的海洋噪音，然后通过噪音分析、信号处理等手段来判断出潜艇发出的噪音，进而对潜艇实施攻击。
这样，潜艇噪音就成了潜艇保持隐蔽性的最大障碍，潜艇要发挥其应有的战斗威力就必须要尽量降低噪音。
现代潜艇按艇体线型的形状可分为三种，即常规型、水滴型和过渡型。
船用护舷橡胶护舷：/常规型潜艇是第一次世界大战前后潜艇采用的线型。
这种潜艇的侧面形状与水面舰艇相似；为了降低航行时的兴波阻力，首部做成类似水面舰船首部的形状；为了使潜艇在有风浪的海面上有较好的适航性，首部有很大的脊弧并设有浮力舱，依靠浮力舱提供的浮力来改善潜艇在风浪中的埋首现象。
这种艇型适宜于水面航行，但对提高水下航速是不利的。
随着对潜艇水下航速要求的不断提高，人们对常规型潜艇的艇型进行了一系列改进。
现代常规型潜艇取消了首脊弧和浮力舱，并将艇首的前倾角取消，改成了直首柱。
充气橡胶气囊：/水滴型潜艇的线型特点是首部呈圆钝的纺锤形，潜艇的横剖面几乎都为圆截面，艇身从中部开始向后逐渐变细，尾部呈尖尾状。
水滴型潜艇的水下阻力小，有利于提高水下航速，但水滴型潜艇的水面航行性能较差，艇首容易上浪，而且易出现埋首现象。
有的水滴型潜艇为了提高水面航行性能，采用了艇首浮力舱。
潜艇的噪声与隐蔽简介
橡塑资源利用22潜艇的噪声与隐蔽简介原晓城 姬燕飞 王红梅（天津市橡胶工业研究所有限公司，天津，300384）摘要：介绍了潜艇噪声的来源和消声隐身原理，针对不同的噪声来源，介绍解决方案及发展方向。
关键词：潜艇；噪声；隐身；1 前言在潜艇发展史中，每隔一段时间就会出现影响潜艇发展进程的关键技术，包含艇壳设计、静音方法的创新、声学覆盖层的使用、斯特林发动机在潜艇上的应用、新型电池的应用和压水反应堆的可靠性及小型化等技术[1]。
随着反潜技术进步提升，不同发展阶段都会给潜艇的隐蔽性和降噪声带来新的挑战。
影响潜艇隐身性的主要因素主要包括： I 、结构线型：结构大小、形状和反射特性决定声纳反射截面；II 、辐射噪声是否得到抑制：外壳体和外附体（如水平舵和垂直舵）的流体噪声、螺旋桨噪声及内部机械噪声；III 、磁性特征：航行中造成的对地磁场的影响及微弱电流；IV 、红外特征：推进系统的热废气和热冷却水留下的热踪迹；V 、核辐射特征：核潜艇放射源造成的海水核辐射特征；VI 、生物场痕迹：航行造成的生物光尾迹可达成百上千米，核动力热废水造成的浮游生物死亡形成的海洋色调变化；VII 、水面暴露特征和无线电暴露特征：潜艇浮出水面和通气管状态航行容易被声纳等捕捉到，无线电联络也可以被先进设备探测到[2]。
2 噪声的来源及主要降噪技术原理海洋的背景声音约为100分贝，资料显示美国海狼级攻击核潜艇噪声为95分贝，新型的弗吉尼亚级（图1）为90分贝。
通过艇内隔声降噪、艇外涂覆吸声涂层和反雷达波材料、采用新型推进装置优化艇体结构等可以降低噪声达到隐身目的。
经推算，噪声每降低20分贝，可使己方被动声纳探测距离增大一倍。
作者简介：原晓城（1980~），男，天津市橡胶工业研究所有限公司高级工程师，主要从事特种橡胶制品配方设计及加工工艺设计。
潜艇的噪声与隐蔽简介23图1 美国“弗吉尼亚级”攻击型核潜艇由于潜艇需要长时间潜伏在海底，衡量其战斗力强弱有两大指标：一是隐蔽性，二就是携带武器的性能。
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潜艇的主要噪声来源
潜艇的噪声来源主要有三个方面：机械噪声，螺旋桨噪声以及水动力噪声。
潜艇在低速航行时，一般以机械噪声为主，随着航行速度的逐节提升，螺旋桨噪声和水动力噪声逐渐增加，开始超过机械噪声，成为主要的潜艇噪声来源。
当然，降低潜艇的噪声也应该从这三个方面进行入手。
因此，我们首先就需要更深入的了解这三个方面的噪声。
首先机械噪声，潜艇的机械设备是引起辐射噪声的主要原因，也是侧面基阵自噪声的重要组成部分。
机械噪声系指由主辅机及其系统工作产生产生的水下噪声。
可以分为：不平衡噪声、电磁力脉动噪声、齿轮噪声、轴承噪声以及管系通过基座与非支撑激励艇体振动产生的噪声。
潜艇的管路系统是机械噪声的另一个主要来源，一方面，管路振动会传递给其他结构，另一方面，管路内的噪声会通过管壁向水中辐射噪声。
一般可通过减振降噪和采取小声措施以降低潜艇机械设备等的噪声，对于降低管路噪声的措施则是在系统管路中应尽可能采用多的弹性连接管与艇体相接，对于流体强烈作用的管路采用降低流速、局部管路采用阻尼软管和加消声器的办法，减小流体冲击，隔绝此种振动传递到艇体上。
其次，螺旋浆是潜艇航行时的主要噪声源。
螺旋桨辐射噪声可分为空化噪声和螺旋桨叶振动时产生的“唱音”。
螺旋桨叶片周向载荷不均匀，旋转时会产生空泡、鸣音和振动，发出高强度的噪声。
“唱音”是由于螺旋桨叶片排挤切割水流引起的螺旋桨局部共振，是一种线谱噪声，设计好的螺旋桨可以避免“唱音”。
空化现象的出现与潜艇所处的海水深度以及螺旋桨的转速有很大的关联，空化噪声随着入水深度的增加而降低，随着螺旋桨的转速的提高而增大。
它由两部分组成，一是由螺旋桨叶片区域的大量瞬态空泡的崩溃和反弹产生，其频谱是连续的，二则是由螺旋桨附近区域中大量稳定气泡的周期性受迫振动产生，其频谱是离散的线谱。
高频时线谱成分趋于零，低频时线谱成分大于相应的连续谱，高频段连续谱随频率的平方下降，低频段连续谱随频率的平方上升，在某一较低频率处出现谱峰。
改善螺旋桨噪声，可通过改进螺旋桨的结构，采用高阻尼材料制造螺旋桨，气幕降噪或者采用泵喷射推进器，磁流体推进器，无源磁浮推进器等降低螺旋桨噪声。
然后，水动力噪声是潜艇在潜水状态运行时辐射噪声的一部分由艇体和附近周围的流场生成，流场除了产生辐射噪声，也感应降低潜艇声呐声学性能的自噪声。
凡是由流场产生的噪声统称为水动力噪声，水动力噪声是水分子的湍流噪声，主要发生在艇体表面的孔穴，突出体，指挥台围壳和艉部等部位。
水动力噪声不是潜艇的主要噪声源，但也足以被敌方声呐所发现。
特别是在高速航行时，这部分噪声更为重要。
减少水动力噪声的主要方法就是改进外部设计，如外形采用水滴形，尽量做到艇体表面光滑，减少突出体，艇上开孔数量也应该尽量减少，大的开孔能够自动关闭，关闭后看不到开孔，艇体结合处应采用弧形圆滑过渡，减少阻力和噪声。