潜艇建造工艺中关于减振降噪的几点想法

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　　引言

　　隐身相对于探测而存在，如何评价潜艇的隐身效果，则要视作战对方所采用的探测和攻击手段而定。目前可利用的物理场特性，包括目标的噪声、回声、磁场、电场、水压场、尾流场、红外场以及海面雷达散射等，但应用的程度却差异很大。目前，在以声学作为探测水中目标主要技术手段的条件下，潜艇的隐身能力主要取决于潜艇的噪声水平。


　　潜艇隐蔽作战能力，就是要结合其设计需求、防护需求、提高有效规避能力和自身安全能力，达到先敌探测和先敌攻击的目的。潜艇的隐蔽性是其最根本的生命力，特别是辐射噪声水平已经成为衡量潜艇作战能力的一项重要指标，减振降噪已经成为潜艇装备研制工作的重中之重。

　　减振降噪工作贯穿潜艇生命的全周期，为有效降低潜艇噪声、控制相应的辐射噪声特征、实现潜艇的安静化，
需通过对潜艇进行总体定量声学设计与全面系统的噪声控制、研发低噪声设备及提高生产与建造工艺、科学系统的组织潜艇施工建造和工艺流程控制、建立实艇噪声测试评价与声源量化识别体系等环节所构成的闭环系统来实现。


　　这一过程包括：减振降噪理论模型设计、实艇总体声学设计、建造工艺设计、实艇建造、实艇测试检验评估、服役期维护、实艇声学改造等。


　　1、工厂实艇建造过程是保证减振降噪效果的重要环节

　　从潜艇生命声隐身全周期过程可以看到，工厂实艇建造过程实际上包括“建造工艺设计”和“实艇建造”2个环节，是潜艇实现从图纸到海军装备的环节。这一环节对减振降噪工作控制和实现的真实和准确程度，将直接影响实艇减振降噪的水平，直接影响其前后关联的2个环节——“实艇总体声学设计”和“实艇测试试验评估”的结论效果。


　　潜艇声隐身的效果评估是通过实艇海上辐射噪声测试来实现的，从实艇测试的情况来看，同一型艇的辐射噪声实测值往往会有一定的差异，当然这有测试的海洋背景条件和测试系统测量误差的影响，但工厂实艇建造环节的误差毋庸置疑是一个重要因素。


　　1.1 导致测试结果差异的原因。

　　1) 管理原因

　　具体表现在：出现明显的建造失误，漏焊或焊接不牢固引起断裂，未按工艺要求指标对设备紧固，未按设计要求加装隔振垫件，或者干脆未严格按工艺设计生产，完全凭传统习惯操作;由于工程进度等的压力，未按工艺和管理要求完成生产过程，出现废金属条块、小物件遗漏，废渣未及时清理等现象。


　　2) 建造工艺原因

　　同一型艇的建造环境、建造人员、使用设备往往会有所不同，后续艇采用的某些建造工艺与前艇也会有所不同，甚至潜艇生产的工厂不同，采用的建造工艺更会有所差异。


　　管理原因可以通过提高管理水平，完善管理制度予以解决，建造工艺则受到建造技术水平、工厂基础生产能力、工人操作技能的影响，甚至受到工程经济效益因素的影响。


　　1.2 辐射噪声测试结果差异大的后果

　　潜艇从声隐身设计到实艇测试评估的过程是一个完整的闭环，建造过程的一致性是数据结果分析的必要保证，建造过程的偏差必然导致测试结果的差异，这种差异更突出地表现在对实艇噪声源后续分析的影响上。


　　实艇辐射噪声的测试过程，同时也是实艇噪声源分析的过程。通过实艇噪声源分析，可以有效评估减振降噪技术措施的实际效能，有效查明实艇噪声源，为总体声学设计提供依据。如果实艇测试的数据离散度较大，则会对分析结果的可信度和可靠性产生影响。


　　下面根据长期从事实艇监造的经历，针对实艇工厂建造过程中有关减振降噪方面的工作提出一些自己的看法。


　　2、实艇建造过程可采取的减振降噪措施

　　2.1 建造工艺要更多关注针对减振降噪的设计

　　减振降噪不仅仅是设计技术，也是一项工艺技术。理想的工艺能将设计技术工程实现;先进的工艺也能提高减振降噪的效果。


　　目前船台的工艺设计，更多考虑的是提高生产效率、降低建造成本以及保证产品质量可靠性，很少有专门针对减振降噪的工艺设计，而且针对减振降噪的工艺设计与前者往往都是矛盾的关系。但对潜艇而言，减振降噪是其生命力的保证，针对减振降噪采取的工艺措施，可能会增加建造的复杂程度，增加生产成本，延长建造周期，但这一切对减振降噪目标实现来说，都是值得的。


　　因此，减振降噪的工作不仅仅是研究单位和设计单位的事情，工厂车间在生产过程中的许多经验、技巧也会有许多意想不到的效果。发挥这方面的潜力，在潜艇建造工艺设计中，充分把握减振降噪工艺优先的原则，在建造环节有效提高实艇的隐身性。


　　2.2 实现在实艇建造现场的振动监测

　　目前，新型潜艇都装备有噪声振动监测设备，这种设备建立了实艇服役期间噪声隐身状况监测的基础。随着科研水平的提高，其功能将更加完善，必将在潜艇战术运用中发挥举足轻重的作用。


　　现在针对潜艇减振降噪的技术措施很多，还有更多的新技术等待应用，效果如何都不得而知。科研上普遍采用的舱段验证技术虽然有一定的说明力，但其局限性也很明显。


　　众所周知，每型艇的首制艇都有一定的科研试验使命，如果在首制艇建造工序上首先完成振动监测传感器系统的安装，设立专用测试房间，在建造现场装配与实艇装备性能相当、功能不同的振动监测仪，即可实现实艇建造现场的振动监测。


　　该振动监测仪的数据采集系统可参照实艇装备，扩展以后采用以网络为中心的传感器数据采集和记录系统，传感器网络系统是基于VME总线的传感器节点组成的ATM·SONETOC.3c星型网络系统。每一个128通道的传感器节点有4个可连接到ATM交换机的接口，最多可扩展到192个通道。必要时可以很方便地在ATM网络中增加传感器节点。同时每个传感器都有连接GPS以及时间同步信号的接口。


　　通过该振动监测仪，可对完成装艇的逐台设备、各种工序进行实际艇壳的振动监测，逐一记录各种设备装艇后，以及各种工艺措施采用后，艇壳的振动变化情况，建立完整的减振降噪档案，现场监测诊断可分为二个层次和阶段。


　　第一阶段，首先获得安装某台设备后各个部位振动数据;再分析频谱数据，并与设计指标进行比较，从而确定该设备的噪声状态。通过该级别的诊断已经可以较好地显示出安装该设备后噪声振动发生的变化，但由于分析不能实时进行，在某些情况下显得滞后太多，可能造成差错。


　　第二阶段，通过对测试数据的记录形成机械设备状态数据库，实时、全面分析并逐次同参考频谱进行比较，结合预报功能给出关于机械设备状态的指标信息。通过这些工作，可以获取不同设备安装后，对艇体总体振动分布情况的影响，为实艇噪声源分析和后续艇设计提供技术参考。


　　2.3 提高潜艇建造人员的减振降噪意识

　　目前，潜艇建造过程的质量管理越来越受到重视，设备交验、安装都有严格的检验程序，建造过程有严格的工艺控制，这些措施为潜艇装备质量提供了保证。


　　但通用船舶的建造质量管理与潜艇减振降噪的要求还有较大的距离，建造偏差可导致减振降噪效果评估的偏差，导致决策失误。比如，某一特定工序人员的传统操作习惯可能导致一型艇存在同样的减振降噪问题;建造过程中管角、废渣、光洁度的处理方式和结果，也可能对减振降噪效果产生较大影响。


　　管理是手段，提高潜艇建造人员的减振降噪意识更重要。要让实艇建造人员知道，实艇建造过程是潜艇减振降噪的重要一环，每一道工序都是潜艇总体噪声指标的一个因素。


　　声隐身性能指标要作为考核实艇建造水平和工厂能力的最重要参数之一。要使交艇试验人员清楚地认识，评价潜艇减振降噪效果的工作在实艇系泊试验和航行试验中的份量，切实有效的配合相关单位做好实艇测试工作。


　　3、结语

　　潜艇减振降噪是一项只有起点、没有终点的工作。随着技术水平和认识程度的提高，新工艺、新技术措施会不断出现和应用。因此，在建造过程中要不断改进和完善管理措施，通过高质量的管理保证实艇设计和工艺设计指标的实现，为噪声源识别和新技术应用效果的评估提供准确地依据。


　　另外，在重视减振降噪的同时，国际上新的对潜探测手段也会不断应用，在潜艇建造过程中要与时俱进，适应潜艇综合隐身发展的形式，及早开展新材料、新工艺建造技术研究和技术培训，充分保证潜艇实艇建造过程中的隐身工艺水平。


　　本文是在减振降噪的大环境下，结合实艇监造工作有感而发，未经科学论证，敬请专业人员批评指正。


　　本文转自中国百科网，原文刊登于《舰船科学技术》, 2008, 30(4):101-103