隔振器内部共振与船舶辐射噪声外文翻译资料

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隔振器内部共振与船舶辐射噪声

保罗·达利杰克，伊恩·玛姬丽芙，亚历克斯·斯卡夫罗特斯福

海事部门，澳大利亚国防科学与技术组织

摘要：由于船舶建造者致力于减少对海洋生物，乘客和机组人员的不利干扰，降低船舶辐射噪声变得越来越重要。船上的机械设备可以通过结构和空气传输在水中辐射噪声，是噪声产生的的主要原因空气的。有问题的机器通常与船体通过弹性隔离支座连接。本文通过按经验噪声级数据建立了典型的船用柴油机的模型，预报了隔振器共振对水下辐射噪声的影响。预测的隔振器内部共振对的影响从经验噪声级的声级分别使用近似分析方法求解了噪声的结构传递和空气传播。证明减少隔振器内部共振可以显著降低减少舰船水下辐射噪声。

关键词：船舶，噪声，隔振器

一、介绍

机械噪声和它的传输是任何工程结构设计的一个重要因素。建筑物、船和车辆都有由于各种原因规定的噪声限制值。例如，对于渔业研究的船舶，国际海洋勘探理事会（ICES）已提出了最大水下辐射噪声建议限制值，以减小对海洋生物的滋扰，提高声学调查能力声级。在这个背景下，就需要能对机械噪声源产生的辐射噪声进行预报，，特别是在概念设计阶段。在设计阶段进行降噪处理远比完工后加装更为便宜和容易实施。

对于船来说，引擎是噪音的重要声源。图1所示的主要传输路径可以分解成弹性支承，周围的空气、管道、推进系统和弹性安装的排气系统。这些传输路径中，最重要的通常是由弹性支承传递的结构噪声和通过周围的空气传输的空气噪声。

辐射噪声预测分别考虑声源，传输路径接收器。声源强度的定义应可以与其它声源进行持续的比较;进行在设定限制下的声源比较;预测安装时噪声声级级;及对噪声改善设计进行量化。对于空气传播路径，声功率满足这些标准并很容易测量，已经实现了标准化。对于结构传递路径，已有文献采用自由速度在合理精度下预测了机械产生的辐射噪声。但对于船舶噪声的传递路径，需要采用统计能量分析，数值方法及经验方法的结合。

传统方法预测船舶噪声的准确性可以在3-5个dBA。然而，窄频带的预测误差可高达10dB。声级噪声级预测的困难与复杂系统的过度简化以及生产流程和组成材料的变化因素有关。Plunt指出，两个名义上相同的船噪声相差多达3dBA。倍频程声级的表达方法声级降低了变化性但牺牲了分辨率。尽管如此，这些近似技术仍然提供了总体上的合理精度。

隔振器内部共振的出现增加了能量传递和由此产生结构辐射噪声。本文的重点是探讨相对的振动隔振器内部的重要性在船舶水下噪声辐射共振。一个案例研究典型船用柴油机的特点是其声功率和自由速度从经验关系。排气噪声并不认为，因为这通常是辐射水。因此，大阻抗失配导致空气与边界可以忽略不计比例的排气噪声传播到水柱。

结构传递噪声评估考虑同等严格的集中质量和逆作法施工隔离系统。假设下的阻塞力计算阻抗的基础比这更大的发动机。这使水中的辐射噪声近似应用产生的力量无限的船体板表示。这近似已经证明提供良好的相关性与平均辐射的噪声声级应用武力湿船体。

空气传播的噪声是通过考虑一个能源为基础的框架来解决。传播的声音权力分为混响和直接字段。这些字段的功能室体积，吸收空气和墙反射和传输的特性。墙上属性是决定使用一个传输矩阵方法。

最后，空气的和结构传递路径的相对贡献和调查隔振器内部的贡献共振的整体噪声声级评估和讨论。虽然这些技术不考虑更多的细节，他们仍然展示更广泛趋势也出现在更复杂的模型。

二、预测辐射噪声的方法

预测结构辐射噪声的基础是源--路径--接收器框架，如图所示。

这里，源、传播路径和接收机是由低频声级，LT和LSL分别。这些声级通常将由减少可能不包括所有的数据集可能的细节或可用的决议。例如，在概念设计的早期阶段源声级最有可能为倍频程或1/3倍频程频率谱。这些谱代表权力求和带宽比例常数，因此通常“诽谤”窄带共振等特性。LT也应该传输路径声级的一个等价的频率分辨率和保真度。声级dB，引用适当的单位， 在一个特定的频带下接收机声级可以通过源和传输路径的声级相加得到。传输路径的各个组件可以在窄带完全评估。的最后传输路径LT声级，然而，应该与源低频声级一致。一个合理的减少传输路径的计算方法是平均声级的线性(不是dB)权力或的平方代表传递函数在适当的频率带宽。的产生的辐射噪声级可以估计

一个合理的高频近似假设每条路径是不连贯的，可以独立处理。由此产生的声级噪声级是由加法的强度独立路径，

这里预测辐射的噪声谱声级。上标是用于将关联声级噪声级要么结构传输 (S)或空气传输(A)的路径。谱声级定义为与一个赫兹频率间隔的功率谱密度。这个数量常用的当描述声源级的船。

三、结构传输噪声

实证关系以前针对自由速度的常见的船用柴油机估计。免费的-大众E公斤刚性柴油引擎速度，在千瓦功率和额定的转速0在rpm 中可以估计。

其中s是操作和 的速度是在表中给出的频率修正。表 — —频率校正方程 .

一个近似传递函数的自由速度转化为一个等价的逆作法施工力量谱可以写成

和∆OB哪里的中心频率和带宽hz频下审议。此表达式假定发动机表现为刚体的质量。

关键机械如柴油机可以硬装入，或纳入弹性元件要么1级或2级隔离系统上支持。这些元素，通常由橡胶或其它粘弹性材料，减少传播的振动消散和阻挠振动能量的转移。Uni轴向传输模型是适合在这种情况下由于源代码级别也是一维。任何额外的复杂性可能会引入文物或与耦合到其他维度的源的解释相关的错误。 利用传输矩阵法，可以计算柴油机隔振系统传递率。一个传输矩阵模型的双层隔振系统的示意图如图所示。集中的质量为理想的刚度，表示为细长杆，一个弹性元件为传输矩阵方5到7中给出。这些单个的元素，与力f和速度v，可以从分析、计算或试验得出。系统矩阵可以建立任意数量的阶段与传输矩阵的构成要素，向前相乘方程所示。

作为第一近似，假定基础阻抗要远远大于在发动机的悬置; 阻抗遗传性是简单的逆系统的第一个元素

可以忽略不计的短波长波长与液体相比(14)。最后，给出了结构传递传递函数的数学定义

〈〉用于指定平均数量;下标，在这种情况下，意味着平均在相关倍频带。

空气传播噪声与结构噪声

实证关系逐渐被开发为估计典型船用柴油机（8，9）辐射声功率。空气传播路径的源级别可以写成

是包括进气噪声的频率修正的地方。

表 2 — — 频率校正方程 (12) （8，9）

为了估计开发从船体车厢内的空气传播的路径基于能量的理论框架，符合室内声学量的辐射的噪声。在图4中，提出了一种空气传染路径的各个组件的图形表示。为了计算基于能源方面的考虑的辐射噪声需要边界墙的反射和透射特性。到车厢外部辐射总功率的传递函数可分为根据的混响和直接的组件

在Pi;OUT/Pi;S中水下声功率的比值，声功率源。Pi;R和Pi;D是这个比例的组件分别与混响和直接相关的领域。的短跑是用来表明，这些量由源声功率归一化的反射控制混响场在车厢里的累积和传播

控制多少直接和混响字段传递给外部。

图4 -成分的空气路径

规范化的混响和直接组件输出功率可以写成

这里，分别平均墙能量透射系数、 墙体表面面积、 声速的车厢空气和平均能量密度每单位输入功率。 从混响的只有一半流量行为朝着墙壁和平均法向分量的也减少了一半时所有的入射方向的平均值，在隔间墙上的混响场的净通量是。能量密度的直接字段组件，直接通到墙上将取决于源位置。平均在所有的源位置，直接场能量密度的归一化向外通量可以近似的 。在均衡状态，产生的功率被平衡由卷和墙体表面损失 （后者包括墙吸收，以及向外传输）。 权力的平衡，能量密度的混响和直接的字段可以写成

在这些表达式和表示频率取决于容量衰减和贝拉尼克 (18) 根据墙体表面的平均能量吸收系数。与体积吸收系数eta;，Np/m 和 D，在dB/m，内部流体的相关量衰减 gamma;（见四轮马车和达曼 (19)）根据

墙上的吸收系数和平均透射系数外观空间墙组成的不同的表面，由索引指定我给出

和和代表发生率-角-平均频率相关，墙的反射和透射系数R和T i。这些系数还取决于墙属性如厚度、密度和弹性常数(包括吸收计算)材料组合墙。未浸水部分船体的声音可以认为不是进入水将被设置为0，但这种级别的细节尚未使用的案例研究。

在混响场传统入射角R平均水平，适合与还用于。直接字段所需的平均不是定义良好的。例如，如果源位于一个球体的中心，平均T的垂直入射的价值。然而，平均方程(17)和源位置是未知的，所以它将假定直接场可以近似平均TFI和用作同时，所以因素方程(14)和(15)有相同的频率相关的值。波的传播在分层吸收弹性材料被深入研究(20)。

典型的解决方法包括面波的反射和透射的方法，每个层是由传输矩阵表示。与单轴系统涉及力和速度，其中每个元素是一个2times;2传输矩阵(针对所谓的参数)，传输矩阵对弹性材料涉及剪切应力和剪切位移。每个矩阵理论，例如，一个4times;4矩阵涉及声音的入射角、层厚度、密度、复杂的压缩速度和复杂的剪切速度，复杂Pi;DPi;RPi;SPi;OUT参数占吸收。角度和频率相关反射和传输系数，R和T，得到最终产品的适当元素的矩阵，与标准针对技术一样，虽然方程描述问题可能相当复杂。最后，空气的传递函数可以计算声级

第二项方程转换为声压，假设磁单极子源辐射成一个完整的空间，第三项转化成谱的声级。半空间辐射到一个声级会高3dB。

四、案例

案例研究开发研究上从船舶水下噪声的隔振器内部共振的潜在重要性。被视为典型10吨1兆瓦的船用柴油机，在隔间与150 m3 体积和表面积的190 m2 的 1 级或 2 级安装配置中支持。2 阶段系统的中间质量保守地选择要10%的原发性肿瘤。典型的噪声衰减内包层被认为，外多孔的钢板、玻璃钢层和25毫米气隙组成。船体厚度ℎ、船体密度、水密度和水声音速度被假定分别为5毫米、 7800 公斤/m3、1000年公斤/m3 1500 米/秒。在表 3中给出的案例为剩余的参数。

表 3 — — 案例研究参数

图 5中绘制结构传输和机载倍频带源声级和方程 (3) 和 (12) 计算出。窄带力遗传性柴油支持要么 1 级或 2 级隔振系统和船体单位点力辐射的噪声提出了图 6 中。遗传性反应亦列出理想弹簧 （没有内部的共振，IRs）。1 级系统刚体共振是 6 赫兹左右。 2 阶段刚体共振是大约 4 Hz 和 28 赫兹。第一次内部共振发生大约 300 赫兹。遗传性瀑布起飞 12 和 24 dB 每倍频程的速度为理想的 1 期和 2 期系统分别。引进的内共振减半这一比率时考虑之间的共振响应。船体的辐射效率增加大约 6 dB 每倍频程的速度过分的频率范围。 对于空气传染路径，R 和 T 的反射和透射系数有已进行了数值模拟通过实施 Leacute;vesque 和 Picheacute; (23) 的理论。为入射角度达 78 ° 计算字段发生率值的 R 和 T。这一理论只是曲率的有效的频率声音事件对层状表面是曲率的可以治疗使用平面波理论，这意味着该维度或隔间墙半径应大大超过声波的波长的位置的。球形半径 3 米室内空气空间，例如，那些频率会大于 100 Hz。对于给定的温度和湿度使用公式的低音等人 (24)，同意密切与狂犬病和汉森 (25) 的统计数据计算的空气体积吸收系数.多孔纤维材料被参照通过计算流电阻率基于特定容重材料和纤维直径 。Delany理论和Bazley(26)用于流电阻率转换成材料的阻抗。这种阻抗，再加上复杂的密度，是纳入多层反射和传输模型。多孔板已经使用Maa的转移阻抗理论模型(27)使用修正的Fok)用于引用(28)。转移阻抗转换成绝对国际米兰噪音2014页7国际米兰噪音2014页7 10等效阻抗通过确定流体性质为一盘给定厚度、孔隙率和孔射孔直径、包容的多层反射和传输模型。盘子里

另有认为刚性。谱声级从63 Hz 倍频程乐队4 kHz，从单个路径数不同的场景，如图7所示。结构传递方案，按照降序排列的优势，与单级隔离系统，1理想阶段，两个阶段和2理想阶段。的空气的情况下，按照降序排列的主导地位，包括空气吸收，50%的报道与包层内表面面积，100%的覆盖率。

图5 -候选人引擎源特征

图6 -隔离系统传递函数的收益和船体辐射噪声

图8 -总辐射噪声考虑不同的隔离系统有无国税局

检查结构传递路径，单级和两级隔离的内部共振系统增加辐射噪声分别高达23分贝和46个分贝。它应该是承认，然而，这2段系统代表了一个坏的情况下因为相同的光电隔振器使用在这两个阶段。使用不同的光电隔振器与不同的内部共振频率涂片的影响在一个广泛的频率范围。

虽然没有明确显示，空气传播的路径，值得注意的是，由于空气损失吸收具有重要意义，特别是在更高的频率。这是与高反射率钢船体导致声音很远的地方旅行，在退出前平均船体。

添加50%的噪声衰减包层下降多达20dB的辐射噪声。通过整个表面涂层，进一步降低辐射噪声，尤其是在高频率的9dB。

总辐射噪声是绘制在图8中，包括声音衰减包层覆盖50%表面积，考虑单级和两级隔振系统有或没有内部共振。上下文的水下噪声限制提出了冰(1)也包括在内。单级系统建模，内部共振辐射噪声的增加22分贝频率高于250赫兹。两级系统更好的降低辐射噪声。值得注意的是，从内部共振几乎没有影响。两级系统提供了多达10个dB与理想化单级系统相比更大的降噪和占主导地位的路径现在空气的。

五、结论

本文提出预测船舶水下机械噪音的一种方法。假设空气的，结构传递路径对总辐射噪声的贡献是不相干的，并分别进行考虑。本文进行了一个案例研究，通过按经验噪

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