揭秘舰艇神奇的“隐身术”——声“隐身术”

舰艇要达到隐身的目的,一是要减少雷达波的反射,二就是降低舰艇的噪声,减少舰艇被敌方水声探测设备发现的几率。那么声隐身具体是怎样实现的呢?我们请中国船舶信息中心舰船总体研究专家周元和研究员为我们讲解他的看法。


声隐身对潜艇隐蔽性的重要意义


记者:请您介绍一下声隐身技术的情况。


研究员:舰艇的声隐身技术是指研究控制舰艇声物理场和降低舰艇声目标特性的技术。


舰艇声隐身技术的最终目的是为了降低敌方的水声探测设备对我方舰艇的发现概率和探测距离,降低敌方声感应水雷和声自导鱼雷的攻击力,同时也提高了我方舰艇的水声设备对敌方的发现概率、探测距离和我方的打击能力。从广义上说,水声对抗也能降低敌方水声设备的发现概率和探测距离,降低敌方水中兵器的攻击力,也是一种声隐身技术。舰艇的声隐身技术随着水声设备和水中兵器性能的不断提高而进入了全面深入的发展阶段。


潜艇的声隐身对潜艇的水下隐蔽性有特殊的重要意义,并因此取得了巨大的进步。目前美、俄两国90年代以来的一些潜艇已达到了安静型潜艇的水平(120~130分贝),其中美国的更低些。


舰艇的噪声源


记者:声隐身的目的就是尽可能地降低舰艇自身的噪声,那么舰艇的噪声都有哪些呢?


研究员:舰艇的噪声可分为机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声三类。


机械噪声是由主机、主电机、减速齿轮装置及发电机、泵、空压机等辅机运转时产生的机械噪声,通过基座传递到船体,再经船体振动传到海水中。


螺旋桨噪声由三部分组成。一是螺旋桨的推、扭力噪声,这是螺旋桨旋转时叶片与流体相互作用产生的带有周期性的噪声,航速较低时这种推、扭力噪声不大,但是当航速较高或螺旋桨盘面的来流不均匀时,噪声将大大增强。螺旋桨的这部分噪声为低频噪声;二是螺旋桨达到临界转速后产生的空泡噪声;三是螺旋桨引起舰壳共振产生的噪声。水动力噪声是舰艇与海流的相对运动而产生的噪声。这种噪声主要是水流辐射噪声,空腔、板和附体的共振产生的噪声。


消声瓦的重要作用


为减小机械噪声,燃气轮机采取的主要措施有,设进气消音器和排气消音机;主辅机设置隔音罩壳,罩壳用吸音板组成;设冷却空气消音器;主辅机采用浮筏隔振降噪,根据噪声级的分配可选用单层浮筏或双层浮筏技术。设备组装布置于浮筏结构上时,必须将各单个设备的隔振系统和浮筏的减振系统的参数进行协调,以取得最佳的效果。


对柴油发电机组、减速齿轮箱、空气压缩机、通风机等振动较大的设备必须采用双层弹性隔振降噪,才能达到好的效果;选择或研制低噪音的机舱辅机设备基座设计时,应注意其的弯曲固有频率必须远低于机器设备本身产生的激励频率;基座的固有频率不能与舰体的基本固有频率重合,避免波浪的激发而引起舰体的谐振,也不能与舰体结构的频率重合;管道与管路的弹性支撑采用橡胶型隔振器、钢质弹性体隔振器和空气弹簧隔振器(一个装有压缩空气的橡胶皮球);一些重要舱室、生活舱室以及混响严重的噪声超标舱室都应进行吸声设计,应用最广的是舱室围壁上涂以某种吸声材料,天花板下悬吊空间吸声体材料。


消声瓦在潜艇的声隐身中起十分重要的作用,在现代化潜艇上得到了广泛的使用。消声瓦的主要作用是降低声波反射的目标强度,第二个作用是抑制舰体振动、降低辐射噪声,同时也减小了对本艇声呐站的干扰。消声瓦是以粘弹性材料为基底,其中加入声学结构的吸声阻尼层。一般以改性后的橡胶和聚胺脂作为基底材料,并在阻尼层中形成各种形状和尺寸的空腔。消声瓦的消声,一靠基底材料的高损耗性;二靠空腔的共振吸收,空腔设计得好,其吸声的效果要远好于基底材料对声波的损耗效果。


为了提高消声瓦的效果,国外已研制了吸声型、抑制型、隔声型等消声瓦,可在潜艇的不同部位敷设不同类型的消声瓦,达到更好的声隐身效果。水面舰艇普遍采用低噪声的5叶变距桨,并采用螺旋桨叶片的通气技术降低空泡噪声;为了最大限度提高螺旋桨的空泡初始速度,减小空泡噪声,应尽量使推进轴的倾斜度最小;螺旋桨的液压系统设隔声装置,以降低螺旋桨液压系统的结构噪声和流体动力噪声。潜艇采用低噪声的7叶大侧斜螺旋桨。减少了压力脉动是7叶大侧斜螺旋桨减小噪声辐射的主要因素,激振力的减小也使舰体结构和桨叶的振动减小,从而降低了由此发出的噪声。


从60年代开始,经过30年左右的努力,为潜艇研制的喷水推进装置得到了广泛应用,消除了螺旋桨叶频噪声。


舰艇的水动力噪声包括两部分,一是水流过船体边界产生的湍流噪声,二是螺旋桨运动时产生的紊流噪声。


降低舰艇水动力噪声的措施主要有两个方面,一是设计舰艇的优良线型和附体,减少阻力和附面湍流的产生,使环绕船体的湍流噪声最小;二是优化尾部线型、附体、轴系与螺旋桨的匹配,使螺旋桨噪声达到最小。


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