汪荣华 沈萍

（常石集团（舟山）造船有限公司 浙江省舟山市 316000）

船舶振动是轮船在行进过程中常见的一种现象，轮船内部有发动机在工作，发动机带动轮船的船体发生振动，小幅度的振动对轮船的行驶并不会产生较大的影响，而如果在轮船行进的过程中船体发生大幅度的振动，那么就要考虑轮船内部结构是否发生损伤等问题。螺旋桨是指靠桨叶在空气或水中旋转，将发动机转动功率转化为推进力的装置，可有两个或较多的叶与毂相连，叶的向后一面为螺旋面或近似于螺旋面的一种推进器。螺旋桨鸣音的产生是船体运行过程中必然会产生的一种现象，本质上并不会产生较大的危害，但是会对轮船工作和生活环境造成恶化，产生一定的噪音，让人感到疲惫，因此，对于螺旋桨鸣音也必须采取一定的措施制止。

1 船体振动源

轮船的船体会发生振动，那么肯定就会有振动源，即船体的振动是从哪里发出的，分析船体的振动源就可以找到根治的措施，一般情况下，船体的振动源有三种，即主机、螺旋桨和各类机器设备，包括发电机、空压机、风机及泵等。轮船主机是轮船的动力装置，为各类轮船提供机械动力的装置，轮船的主机根据采用燃料的性质、燃烧的场所、使用的性质及其工作方式等的不同，可分为蒸汽机、内燃机、核动力机和电动机。轮船主机引起船体振动，主要是由于运动部件的惯性力产生的不平衡力矩，以及主机内压力产生侧向或者垂直的倾覆力矩，会引起船体发生振动。其次是螺旋桨的运行引起船体振动，螺旋桨在工作的过程中会产生两种激振力，一种是轴频激振力，另一种是叶频激振力，叶频激振力是螺旋桨在海浪等不均匀流体中产生的高频激振力。另外，当小型轮船在浅水区域航行，螺旋桨在水下会遇到各种流沙、卵石以及水草等，会使螺旋桨桨叶发生折断，也会造成船体发生振动。最后，轮船上各类机械设备在运转时都能产生机械、电磁和流体激励，这些激励幅值非常小，当与船体某一结构固有的频率相等时，就会引起该机构的共振。而当振幅超过结构所能承受的值时，就会产生永久性的破坏，会使机器发生变形或者裂纹。

2 船体振动的防止对策

共振是引起船体振动的主要因素，防止措施可以从计算振动频率做起，通过计算和分析可以得出，船体振动具体是发生在哪个部位，首先要确定振动的位置，其次要确定振动的频率，通过分析与计算，可以得出共振转速。无论是局部转速还是整体转速，都可以测量出来。船体振动虽然是常见的现象，但当船体发生振动时，船员还是应当及时去分析船体发生振动的原因，轮船在海上运行会发生很多种情况，也存在多种不确定性的危险因素，为了以防万一，当船体发生振动时就要及时对轮船整个船体去检查。船体振动防止对策可以从两个方面来分析：①从整体居住区做好船体振动的防止措施；②从局部振动的方面做好防止措施。接下来，将从这两个方面去分析防止船体振动的措施有哪些？

2.1 居住区整体振动防止对策

在对船体振动源进行分析之后，那么就要对船体振动提出一定的防止对策，船体的振动幅度虽然小，但是长时间的振动也会对船体造成很大的危害。一般情况下，当发生振动噪音时，可以从三个方面来有效减少噪音或者振动，首先是从振动源入手，切断振动源就可以从根本上解决船体发生振动。其次是对振动传播途径进行切断，最后是对船体进行加固，很显然，本文运用的是第三种方法。首先是居住区整体振动的防止对策，如果采取一定的措施也无法回避共振区间，那么就需要变更结构改变自身的固有频率，主要措施有在居住区前后壁及侧壁板加厚，这样就能减小振动频率带来的噪音。其次是加强居住区下方的支撑结构，加强对居住区的支撑力，使整个居住区更加稳固，也可以减小振动频率对于居住区的影响。或者可以追加减震平衡器，减震平衡器在一定程度上可以减小振动带来的频率或者噪音。

2.2 局部振动防止对策

其次就是局部振动的防止对策，局部振动的防止主要是限制轮船局部区域的振动，首先是板格振动，通过追加筋板，避免过大板格的方法来防止局部振动。追加筋板可以有效的加大局部振动区域的质量，重量过大时产生的振动对船体造成的伤害就可以减小到最低。其次是筋板振动，通过计算可以得到筋板的固有频率，避免和主机及螺旋桨等振动源产生共振，共振会对船体造成极大的伤害，因此可以通过计算有效地控制筋板的频率，防止和其他震源产生共振，可以在共振区间内根据需要变更板筋的尺寸或者长度，这样可以避免与其他震源产生一样的振动频率。

3 螺旋桨鸣音产生的机理

螺旋桨鸣音是轮船在行进过程中经常会发生的现象，虽然它并不会对轮船产生较大的伤害，但是螺旋桨鸣音一直存在，总会让人觉得很刺耳，总认为是船体内部发生了故障，会对船员工作的环境产生噪音影响。因此，螺旋桨鸣音是怎样产生的，以及如何防止是几个世纪以来科学家一直在研究的课题。一直以来，都知道风会让紧绷的琴弦产生较大的声音，科学家在对螺旋桨产生鸣音的问题上做出了很多实验研究，发现螺旋桨鸣音是一种典型的卡门涡街诱发的流体动力弹性共振产生的现象，那么螺旋桨的噪音到底是怎样形成的，科学家做出了很多试验。当流体旋转产生一定的作用力时，流体产生的作用力会给予卡门涡街极强的能量，而卡门涡街的能量达到一定值时会产生振动的声音，但当螺旋桨的桨叶与振动板产生的频率一致时，就会发生共振现象，而共振就会引起螺旋桨产生鸣音，见图1。

4 螺旋桨鸣音的防止方法

图1 用PIV（粒子成像测速）法拍摄的卡门涡街

螺旋桨鸣音是共振产生的结果，那么防止螺旋桨鸣音就可以从螺旋桨的桨叶入手，避免桨叶与卡门涡街产生同样的频率，就可以避免发生共振。只要在较小弦向长度范围内把桨叶叶片的随边厚度减小到强度可接受的程度就可杜绝鸣音的发生，把桨叶的厚度减小，那么桨叶在水的作用力下就不会与卡门涡街产生一样的频率，这样减小厚度的方法，不仅能改变卡门涡街的振动频率，同时还可以使其离开结构固有的频率，避免共振现象的产生，把鸣音消除掉。螺旋桨鸣音消除的根本原理是避免桨叶产生的频率与卡门涡街产生的频率一致，因此，只要改变一方的振动频率，那么就可以避免螺旋桨产生鸣音。在实际工作中，很多轮船为了避免产生鸣音，都会一定程度的减小桨叶的厚度，在实际应用中，此项结论也可以得以应用。目前，螺旋桨鸣音的主要防止措施只有这一种，在今后的不断发展过程中，螺旋桨的应用会更加完善，更加智能。现代轮船的应用已经实现了智能化机械的应用，当螺旋桨鸣音或者故障时，在轮船总控制中心是可以有所预警的，系统也会根据螺旋桨鸣音具体的原因给出可行的实施方案。此外，轮船在运行的过程中，螺旋桨遇到的其他故障与问题，总控制中心也可以发现。未来，轮船的应用会更加智能，我国轮船的设备也会更加先进，只有不断的研究与更新，促进轮船各方面功能的完善，才有可能从根本上解决船体振动和螺旋桨鸣音的问题，同时，轮船的发展也可以促进我国交通运输业的发展，促进经济增长和制造业的发展。

5 小结

轮船发生振动是常见的一种现象，船体振动并不会对轮船运行产生本质性的伤害，引起船体振动的原因有多种，本文分析了三种引起船体振动发生的原因，分析了三种振动源，其中有一种引起船体发生振动的原因是螺旋桨，螺旋桨在发生振动的同时也会产生鸣音，是一种典型的共振现象，本文分析了螺旋桨鸣音产生的作用机理，是圆柱形线状体和一切有钝后缘的叶片在流体中共有的一种流体动力弹性力学现象。一般民用船舶的螺旋桨鸣音并不会对船体造成实质性的伤害，但是对于军用舰来说，螺旋桨鸣音会让敌方发现军舰的存在，因此，对于军用轮船来说，螺旋桨鸣音必须得到有效解决。一般情况下，解决螺旋桨鸣音的根本方法是减小螺旋桨桨叶的厚度，而且这一方法也在轮船的实际运行中得到了有效实施。轮船在运行的过程中会遇到多种不可预见因素的影响，引起船体振动以及螺旋桨鸣音的因素也有可能是风浪不平稳的袭击，或者在运行过程中遇到了暗礁、沙石等，这些潜在的因素都会让轮船发生振动。因此，当轮船的船体发生振动时，船员就要及时去分析振动发生的原因，找到原因才能找到解决的方法和途径，保证轮船的正常运行。