基于几何声学的船舶舱室声学设计方法
船舶尾部舱室噪声预报及控制分析
船舶尾部舱室噪声预报及控制分析船舶尾部舱室噪声是船舶运行过程中不可避免的问题，低频噪声的产生给乘客和工作人员带来了不便和损失，也有可能对周围的海洋环境造成污染。
因此，对于船舶尾部舱室噪声的预测和控制显得尤为重要。
船舶尾部舱室噪声的预测可以通过数值模拟及实验研究等手段进行。
对于数值模拟来说，可以采用声学有限元法、边界元法等计算方法，通过分析船舶运行状态、机械结构及流体动力学等因素对噪声的影响，预测出船舶运行时尾部舱室的噪声水平。
此外，实验研究也是一种可行的预测手段，通过在不同工况下进行实际测量和记录，最终得到船舶运行时尾部舱室噪声的实测数据，提高了预测的准确性。
对于船舶尾部舱室噪声的控制，应从源头入手。
在设计或改装船舶时，应考虑加强船舶的隔声性能。
通过选择隔音效果好、厚度适当的材料，对船舶尾部舱室进行有效隔音。
此外，在推进系统的设计中，应考虑减少推进器的噪音，如选择低噪音的推进系统、减少锥度角等。
对于已经建成的船舶尾部舱室的噪音控制，可以采用隔离、减振等手段来弱化该舱室的噪音水平。
其中，隔离可有效阻隔噪音的传播，减小噪声水平，而减振则能有效把产生的噪音进行消除。
综上所述，船舶尾部舱室噪声的预测和控制对于提升船舶运行质量及提高旅客体验具有重要意义。
预测可通过数值模拟与实验室测量相结合的方式进行，而控制则应从源头入手，采用隔离、减振等措施弱化该舱室的噪音水平，提高船舶运行的舒适度。
船舶尾部舱室噪声是影响航行效率和乘客健康的重要因素。
针对船舶尾部舱室噪声的控制和预测，需要收集并分析相关数据才能采取有效的控制措施。
下面列出了一些可能对船舶尾部舱室噪声的控制和预测具有重要意义的数据。
1. 船舶速度船舶速度是影响尾部舱室噪音水平的重要因素之一。
当船速增加时，舵机和螺旋桨转速会增加，产生的水流和气泡会产生更大的噪声，尾部舱室噪音水平也会相应增加。
因此，船速是预测尾部舱室噪音的关键参数之一。
2. 物理结构船体结构对于噪音的产生和传播也具有关键影响。
船舶舱室噪声评估及控制研究
ｔ ａ ｏ ｎ ｂ ｏ ａ ｒ ｄ，ｔ ｈ ｅ ｔ ｗｏ ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ ｏ ｆ ｄ ａ ｔ ａ ｗｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｍｉ ｌ ａ ｒ，ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｍｅ ａ ｎ ｓ ｔ ｈｉ ｓ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｃ ｏ ｕ ｌ ｄ ｂｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ａ ｓ ｃ ａ ｂ ｉ ｎ ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ
ｗ ｅ ｒ ｅ ｒ ｅ ａ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓ ｅ ｄ ａ ｆ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｍｅ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｏ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ａ ｎ ｄ ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ，ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｄ ｄ ａ —
ｓ ｅ ｓ ｓ ｍｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈｏ ｗｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｓ ｏ ｍｅ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｃ ａ ｂｉ ｎｓ ｎｏ ｉ ｓ ｅ ｓ ｇ ｏ ｂ ｅ ｙ ｏ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ｒ ｉ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｓ ． Ｔｈ ｅ ｃ ａ ｂ ｉ ｎ ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ ｓ
方法是从 统计 的角 度分析 统计 密集模 态平均 的振 动
能量传递水平 ，适合于中高频振动分析 。 分析频带 较 有 限元 和边 界 元 法 宽 的 多 ｌ ２ ］ 。将 一 个 复 杂 的 结
基于几何声学的船舶舱室声学设计方法
此后， 声线携带剩余声能沿着新方向继续传播。 当声线能量与初始声线数能量的比值小于设定的 时， 认为该声线反射与透射充分， 声线剩余能量可 径， 叠加所有声线能量来计算空间声强。该方法 是采用单个频率逐次计算， 若某个频率下的声源 功率为 I ， 则该频率下的初始声线 I n 可表示为
0
引
言
其波动性， 通过计算声线在传播过程中能量的变 化及路径来对目标区域进行声场模拟［8］。由声源 处发射多条携带相同能量的声线， 声线在空间中 直线传播， 遇到壁面， 发生反射和散射［9］， 散射以 一定的概率随机发生。与壁面碰撞时， 声线能量
［10］ 减至数字原声线的 1- α 倍 （ α 为壁面吸声系数） 。
图 1 球状声源［12］ Fig.1 Spherical sound source
1.1
声线跟踪法
声线跟踪法是假设声音沿直线传播， 不考虑
第4期
冯爱景等： 基于几何声学的船舶舱室声学设计方法
51
转化为空间直角坐标系方程 x - x0 y - y0 z - z0 s( x y z) : = = m ij n ij lij 向向量。
随着船舶行业科技的发展， 对船舶性能的要 求越来越高， 例如， 为保障人员身心健康以及设备正 常工作， 国内外对船舶舱室噪声的要求日益严格， 船舶舱室噪声的控制优化成为船舶设计不得不考虑 的问题。船舶舱室噪声控制的 3 个主要措施包括： 远离声源处或进行隔离。 1）舱 室 布 局 。 将 高 噪 声 要 求 的 舱 室 布 置 在 2）低噪声设备选用。根据总体指标及结构， 3）声 源 控 制 。 对 声 源 ， 如主机、 空调等做减 对于噪声水平还未达标的舱室， 就需进一步 开展噪声控制优化设计， 目前主要的降噪措施是 在舱室内敷设吸声和隔声材料。然而船舶具有多 舱室、 多噪声源、 多传递路径等特点， 且舱室空间 以及舱壁承重存在限制， 盲目敷设吸、 隔声材料并 不一定能取得良好的降噪效果。针对这一问题， 众多学者开展了关于舱室声学优化的研究。 Koo
基于声学设计与噪声预报的舰船基座结构设计与优化
· 14 ·
舰船科学技术
第 40 卷
εx = εy =
∂ua ∂x ∂va ∂y
=
−z
∂2w ∂x2
，
=
−z
∂2w ∂y2
，
(1)
根据胡克定律，得到 3 个应力分量为：
σσyx
= =
1 1
E − µ2 E − µ2
( εx ( εy
+ +
) µεy
) µεx
= =
− −
1 1
Ez − µ2 Ez − µ2
( (
∂2w ∂x2 ∂2w ∂y2
+ +
µ µ
∂2w ∂y2 ∂2w ∂x2
) ， ) ，
τxy
=
Gγxy
=
−
Ez 1+µ
∂2w ∂x∂y
。
(2)
式中：w 为均质板横向振动位移；μ 为泊松比；D 为板 的弯曲刚度。
由式（3）计算得到：
D = 12 (E1h−3µ2) ，
(3)
式中：E 为材料的杨氏模量；h 为板厚度。满足力和力矩平
衡条件，可得到均质板横向自由振动的方程如下：
( ∂4w D ∂x4
+
∂4w ∂x2∂y2
+
∂4w ∂y4
)
+
ห้องสมุดไป่ตู้
ρh
∂2w ∂t2
=
0，
(4)
当板受到横向外部载荷 p 时，横向振动方程改写为：
( ∂4w D ∂x4
关键词：舰船；基座结构；声学设计；噪声预报
中图分类号：U665.26 文献标识码：A
文章编号： 1672 – 7649(2018)7A – 0013 – 03
基于半经验法的船舶舱室噪声实用预报方法
基于半经验法的船舶舱室噪声实用预报方法船舶舱室噪声对船员的工作环境和生活质量有着重要影响。
在设计船舶舱室和制定船舶噪声控制措施时，需要对舱室噪声进行实用预报。
基于半经验法的船舶舱室噪声实用预报方法是一种常用的预测方法，其基本原理是通过建立经验模型来估计船舶舱室噪声水平。
首先，需要获取与船舶舱室噪声相关的参数。
这些参数包括发动机功率、发动机转速、涡轮增压器的安装情况、排气系统的布局、船舶结构材料、船舶舱室的几何尺寸等。
这些参数可以通过船舶设计图纸、船舶部件型录和现场测量等方式获取。
其次，根据以上参数，建立船舶舱室噪声经验模型。
根据经验法，船舶舱室噪声主要由发动机和排气系统引起，可以通过以下经验公式估计噪声水平：L_p = L_e + 10 log (N) + K其中，L_p表示船舶舱室噪声水平，L_e表示发动机噪声水平，N表示发动机数量，K为修正系数。
在实际预报中，可以根据以上经验公式估计不同发动机转速下的发动机噪声水平，并结合实际情况选择相应的修正系数。
修正系数一般可以通过实测数据和经验数值得出，也可以根据相关研究论文和资料进行参考。
最后，根据船舶舱室的几何尺寸和舱壁材料等参数，进行船舶舱室的声学计算。
船舶舱室的声学计算可以采用建模软件进行，通过采样数据对舱室内部声场进行数值模拟，得出舱室内部噪声分布情况。
综上所述，基于半经验法的船舶舱室噪声实用预报方法是一种常用的预测方法。
通过获取与舱室噪声相关的参数，建立经验模型，并结合实际情况进行修正，可以估计船舶舱室噪声水平，为船舶舱室设计和噪声控制提供参考依据。
然而，需要注意的是该方法仅为一种估算方法，实际预报结果应结合实测数据和工程经验进行修正和调整。
《中国舰船研究》2017年总目次
2017 年总目次
141
2017 年总目次
序号
文题
1 KCS 标称伴流场的尺度效应数值分析
2 三维水翼梢涡流场数值研究
作者卷（期）：页码源自张 海 鹏 ，张 东 汗 ，郭 春 雨 ，王 恋 舟 ， 刘恬
12（1）：1-7
蒲汲君，熊鹰
12（1）：8-13，26
3 船艏及干舷压浪在高速艇上的应用对比
魏成柱，李英辉，易宏
12（4）：128-131
80 混合驱动水下滑翔机自噪声测量及分析
刘璐，肖灵
12（4）：132-139
81 双层圆柱壳异常噪声源定位试验研究与应用
李瑞彪，徐荣武，崔立林，余文晶
82
基于矢量声压组合基阵的柱面分布噪声源近场高分辨 定位方法
左翔，陈欢
83 舰船消防安全工程研究现状
陆守香，陈潇，吴晓伟
12（4）：140-146 12（4）：147-150
12（6）：1-5 12（6）：6-14 12（6）：15-21 12（6）：22-29
105 舵空泡对船体压力脉动的数值分析
王友乾，叶金铭
12（6）：30-35
106 基于湍流脉动压力的波数—频率谱预报流噪声 107 RANS，DES 和 LES 对螺旋桨流噪声预报的适用性分析
金月，俞孟蕻，袁伟
21 基于 CFD 的船舶横摇数值模拟与粘性效应分析
罗天，万德成
12（1）：84-92，100 12（1）：93-100
12（1）：101-106，133 12（1）：107-115，133
12（1）：116-121 12（1）：122-127
12（1）：128-133
12（1）：134-139 12（2）：1-11，48
船舶声学包设计、优化及应用研究
船舶声学包设计、优化及应用研究随着船舶设计建造水平的不断进步,船舶舒适性受到设计者们越来越多的重视,过大的噪声会严重影响船舶的使用性,因此设计者们提出各种针对船舶舱室的降噪措施,声学包便是解决船舶舱室噪声超标问题的重要手段之一。
这种技术主要应用于汽车及航空航天领域,船舶行业作为这项技术新的适用领域,目前正积极进行相关研究。
本课题基于这个背景,利用数值模拟手段研究声学包的设计、优化和应用。
本文首先研究了材料声学性能评估的数值方法。
提出数值混响室法和数值驻波管法的概念,研究了不同的数值模拟方法(SEA、FEM、BEM、FEM+SEA)在适用对象、频段、及边界条件等方面的异同,在此基础上,提出了一种新的计算材料隔声量的边界元-有限元-统计能量(BEM+FEM+SEA)混合方法,该方法综合了三种方法的优势,能够在全频段保持一定精度,是一种对驻波管实验的有效模拟方法。
在这部分的最后,对上述五种数值方法做以梳理,结合具体算例分析并给出了各种方法的差异和使用建议。
其次,选择有限元-统计能量(FEM+SEA)和统计能量(SEA)两种方法进行声学包的设计和优化。
设计不同类型的声学包作为初始方案,采用遗传算法,以声学包各材料层厚度为变量,隔声量为目标对各方案进行优化。
结果显示,通过不同的变量、约束条件和优化目标的设置组合,可以达到声学包性能优化,重量降低等目的。
但是同时也发现利用两种方法的计算及优化结果存在较大差异,这一点还需要深入研究,文中也给出初步分析结果。
接下来,研究统计能量(SEA)法计算高频舱室噪声面临的两个问题。
其一,工程中以机脚加速度或速度形式给出的主机振动激励在SEA模型难以完全模拟。
对于这个问题,考虑单独将机舱段有限元模型细化,按照测试数据在机脚处施加激励得到与基座相连的船体板有限元单元的平均振速,将该结果作为激励加到SEA模型相应的子系统上。
通过对比其他位置船体板该方法与有限元方法得到的振动速度,表明该方法能够将机脚处的主机振动转化到船体板上,结果较为准确。
声学仿真技术在船舶设计中的应用研究
声学仿真技术在船舶设计中的应用研究随着人们对环境噪音污染的日益重视，对船舶噪声的控制和降低的要求越来越高，声学仿真技术成为了船舶设计中的重要工具，它不仅可以帮助船舶设计师预测船舶噪声，指导设计优化，还可以为工程师提供反馈，优化和改善船舶性能。
本文将重点讨论声学仿真技术在船舶设计中的应用研究。
一、声学仿真技术的概述声学仿真技术是一种基于数值计算程序的虚拟模拟技术，它可以帮助工程师在尚未建造实际物品之前对其进行仿真，实现对物品的设计、优化和性能分析。
声学仿真技术在船舶设计中的应用主要涉及三个方面：船体水动力、声学辐射特性和船舶生产工艺。
二、声学特性分析船体受到水流动的影响，造成水动力进而形成噪声，这对于通过调节船体表面几何特征降低自然噪声和激振噪声非常重要。
声学仿真技术可以帮助工程师预测船体的水动力特性，并通过优化参数和设计改进降低噪声产生。
例如，预测旋转叶片噪声和涡流噪声的三维数值模拟可以为声学设计提供有价值的参考。
三、声学辐射特性分析通过声学辐射特性分析，可以预测船舶的辐射噪声，相应地可以优化和改进船舶结构、材料选型等因素，以减少船舶辐射噪声。
因此，声学辐射特性研究是声学仿真技术在船舶设计中非常重要的应用领域之一。
由于水面下的船体与水接触较紧密，常规船体噪声系统中渗透的声波可能难以控制，因此，声学仿真技术对于船舶设计师在建造船舶时进行声学改进提供了支持。
四、船舶生产工艺随着科技的飞速发展，当前船舶制造技术逐渐推广到了三维建模技术及其数字化制造技术。
这两项技术的出现使得船舶厂家可以利用声学仿真技术进行完整的仿真，并模拟在船舶制造过程中产生的声音和振动，同时可以对设计和制造提供更多的反馈和参考。
五、总结声学仿真技术在船舶设计中的应用已经取得了一定的成果，并在未来的研究和实践中将继续发挥作用。
通过声学仿真技术，船舶设计师可以对船体水动力、声学辐射和生产工艺进行精细模拟，从而指导船舶设计的优化，提高船舶的性能和效率，同时对船舶产业的发展以及人类生活环境的改善有着重要和积极的作用。
船舶舾装复合结构声学性能分析方法及应用
51679053)；中国博士后基
第41卷
曲 雪，等：船舶硒装复合结构声学性能分析方法及应用
• 51 •
目前国内的舱室空气噪声控制方法还是以结构声 学优化为主，通过敷设吸隔声材料降低目标舱室噪声 水平。然而，现有的复合结构声学性能评估方法存在 一定缺陷A6］,如试验法存在评估周期长、成本高的问 题。因而，本文针对厕装复合结构声学性能参数开展 研究，建立了厕装复合结构的声学性能分析方法，方 法具有工程适用性好，计算准确度较高的优点。并进 一步基于方法的分析结果探究某型船舶舱室噪声特 性，旨在为船舶声学设计提供参考依据。
方面，周理杰等⑵基于试验测试，探究了芯材为芒 麻、粘胶纤维、聚酯纤维等8复合结构在不同空腔厚 度下的吸声性能，研究表明芒麻复合结构的吸声效果 优于其他结构；空腔深度增加时，结构吸声系数增 大。杨永钾等a通过仿真软件，对多种复合吸声结构 声学性能参数进行探究，分析得出质量较轻、吸声性 能较好的复合吸声结构，并应用于某型高速船舱室声 学优化设计，取得了良好的吸声效果。徐芹亮等⑷通 过分析大量艄装复合结构隔声性能试验测试数据，得 出海洋平台常用般装结构的隔声量经验值。探究了厕 装结构空腔夹层厚度对隔声性能的影响，研究表明增 加夹层厚度可提高低频隔声性能。
Abstract: Aiming at the typical outfitting composite structure of ship, the acoustic performance analysis model is built based on transfer matrix method, and the analysis method of insertion loss and absorption coefficient of outfitting composite structure is established. The validity of the method is verified by experimental test. On this basis, the influence of outfitting composite structure on cabin noise characteristics is investigated based on a surface ship. The results show that the acoustic performance analysis method of outfitting composite structures based on transfer matrix method is effective. Outfitting com posite structure can effectively control cabin noise, the noise level of radio room and centralized control room decreased by 2.2 dB(A)and2.5 dB(A).
船舶设计中声学特性的研究
船舶设计中声学特性的研究在船舶设计领域，声学特性的研究是一个至关重要的环节。
船舶在航行过程中产生的噪声不仅会影响船员的工作和生活环境，还可能对船舶的性能、设备的可靠性以及船舶的隐身性等方面产生重要影响。
因此，深入研究船舶设计中的声学特性，对于提高船舶的整体性能和舒适度具有重要意义。
船舶噪声的来源多种多样。
首先，主机和辅机的运转是主要的噪声源之一。
这些机械设备在工作时会产生振动和噪声，通过船体结构传播到各个舱室。
其次，螺旋桨在旋转时与水流相互作用，也会产生噪声。
特别是在高速旋转或存在空泡现象时，噪声会显著增加。
此外，船舶在航行中与水流的摩擦、船体的振动以及通风系统、空调系统等设备的运行，都可能产生不同程度的噪声。
声学特性在船舶设计中的重要性不言而喻。
从船员的角度来看，长期处于高强度噪声环境中会导致听力损伤、心理压力增加以及工作效率降低。
对于船舶设备而言，噪声可能会引起设备的共振，加速设备的磨损和故障，降低设备的使用寿命和可靠性。
在军事应用中，船舶的声学隐身性更是关系到船舶的生存能力和作战效能。
降低船舶的噪声水平，可以减少被敌方声呐探测到的概率，提高船舶的隐蔽性。
为了有效地控制船舶噪声，在设计阶段就需要充分考虑声学特性。
在船舶总体布局方面，合理安排机械设备的位置，将噪声源尽量远离居住舱室和敏感区域，可以减少噪声的传播。
例如，将主机和辅机布置在隔振效果较好的舱室，并采用有效的隔振措施，如安装隔振器、使用阻尼材料等。
在船体结构设计方面，选择具有良好声学性能的材料，优化船体的结构形式，可以降低船体的振动和噪声辐射。
同时，采用声学隔离技术，如设置隔音舱壁、隔音门窗等，可以有效地阻止噪声的传播。
对于螺旋桨的设计，优化螺旋桨的几何形状和叶片数量，提高螺旋桨的制造精度，可以减少螺旋桨与水流的相互作用产生的噪声。
此外，采用先进的螺旋桨降噪技术，如梢涡空泡抑制技术、导管螺旋桨技术等，也能够有效地降低螺旋桨噪声。
在船舶的通风和空调系统设计中，合理选择风机的类型和参数，优化风道的布局，采用消声器等降噪设备，可以降低系统运行产生的噪声。
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中 国 舰 船 研 究 Chinese Journal of Ship Research
网络出版地ห้องสมุดไป่ตู้： /kcms/detail/42.1755.TJ.20170727.1024.022.html
引用格式： 冯爱景， 魏强， 张大海 . 基于几何声学的船舶舱室声学设计方法 ［J］ . 中国舰船研究， 2017， 12 （4） ： 49-54. FENG A J， WEI Q， ZHANG D H. Acoustic design method of ship's cabin based on geometrical acoustics ［J］ . Chinese Journal of Ship Research， 2017， 12 （4） ： 49-54.
3 3 FENG Aijing1， WEI Qiang2， ， ZHANG Dahai2，
noise transmission path of the cabins of a ship, based on the acoustic ray-tracing method in the theory of geometrical acoustics, and by considering the effect of the sound transmission of the bulkhead, this paper the sound field distribution of multiple compartments to be simulated. The paper proposes a sound
ray-searching method in which the acoustic sensitivity of different positions of the bulkhead to the noise of the target cabin is calculated by searching for the sound ray passing the target cabin. According to this, a method, the noise of a typical cabin can be optimized and reduced by 7.3 dB. Through comparative analysis of noise reduction in ships' cabins. method； optimal design Key words：noise reduction of ship's cabin；geometrical acoustics；ray-tracing method；ray-searching with the statistical energy method, it is proven that the method is feasible and can guide the refined design cabin noise reduction plan can be designed to optimize medium and high frequency cabin noise. With this
摘 要： ［目的］为了在船舶舱室的众多噪声传递路径中选取最佳噪声控制位置及控制措施， ［方法］基于几何
声学理论中的声线跟踪法， 考虑舱壁声透射的作用， 提出声线搜索法。模拟船舶多舱室声场的分布， 计算舱室 声压。通过搜索目标舱室的供能声线， 计算不同位置舱壁对目标舱室噪声的声灵敏度， 根据灵敏度计算结 ［结论］通过与统计能量法的对比分析， 验证该方法可行， 可指导船舶舱室降噪精细化设计。 关键词 ： 舱室降噪； 几何声学； 声线跟踪法； 声线搜索法； 优化设计
中图分类号： U661.44 文献标志码： A DOI： 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.04.008
果， 设计船舶舱室降噪方案， 优化舱室中高频噪声。 ［结果］利用该方法优化典型舱室噪声， 噪声降低了 7.3 dB 。
Acoustic design method of ship's cabin based on geometrical acoustics
期刊网址：
Vol.12 No.4 Aug. 2017
基于几何声学的船舶舱室声学设计方法
2 中国舰船研究设计中心， 湖北 武汉 430064 1 上海船用柴油机研究所， 上海 201108
3 3 冯爱景 1， 魏强 2， ， 张大海 2，
3 中国舰船研究设计中心 船舶振动噪声重点实验室， 湖北 武汉 430064
1 Shanghai Marine Diesel Engine Research Institute， Shanghai 201108， China 3 National Key Laboratory on Ship Vibration and Noise， China Ship Development and Design Center， Wuhan 430064， China Abstract：In light of the question of how to select the best noise control position and measures in the large proposes the sound line search method. It is used to calculate the sound pressure of a ship's cabin, allowing 2 China Ship Development and Design Center， Wuhan 430064， China