054B护卫舰在南方厂基本成型,已经快到下水舾装的状态,而且另外一个厂家能够看到两艘在开工,项目进度很快;
由于动力部分也是和054A一样是4台柴油机,而且功率更大,那么就存在一个噪音大不大的问题,毕竟我们有近50艘全柴护卫舰,对战斗力还是有一定影响的;
但由于众所周知的原因,国内的具体情况无法得知,不过可以参考一下国外的情况作为参考;
现代通用护卫舰采用全柴动力的逐步增加,现在批量的有法国FDI贝尔哈拉级护卫舰,满载排水量约4500吨,全程采用四台MTU高速柴油机纯柴动力,无任何燃气轮机,和我们四机柴油布局高度相似;
还有英国31型护卫舰,作为英国新一代通护,同样采用四台MTU系列柴油机组成纯柴动力系统。
那么中速柴油机噪音到底大不大?用上全套先进降噪技术之后,能达到什么样的隐蔽效果,同时又要付出哪些成本和技术代价呢?
首先咱们先说原生噪音。中速柴油机和燃气轮机不一样,它是活塞往复运动的工作方式,天生就会有明显的机械振动和低频噪音。
按照国外资料,四台柴油机并联工作,满功率运转的时候,气缸燃烧冲击、齿轮传动、油路水路的流体脉动,再加上排气的气流噪音,会叠加出非常强的综合噪音,机舱内部的空气噪声可以冲到103到109分贝;
这个噪音级别,人在里面根本没法正常说话,必须佩戴重型隔音耳罩。如果不做任何降噪处理,这些震动会直接通过主机刚性基座传到整个舰体,持续向水下辐射噪音。放在海战环境里,这是非常致命的问题,高速航行时的高噪音,很容易被潜艇的被动声呐远距离捕捉。
所以现代柴油机护卫舰,都会配备一整套完整的综合降噪体系。整套系统的主要部分,就是大家经常听到的双层弹性浮筏基座,简单来说,就是把四台柴油机整体架在弹性减震平台上,和军舰的舰体结构彻底隔开,相当于给主机垫了一层高强度“减震软垫”,绝大部分固体震动都传不到舰体上。
同时主机所有连接的管路,全部换成柔性可形变的挠性接管,杜绝管路成为振动传递的通道。除此之外,进排气管道加装大型消声器,消除气流噪音;机舱内部铺满吸音阻尼材料,降低舱内噪音;舰体关键位置喷涂阻尼涂层,抑制舰体自身的共振噪音。再搭配专门优化的低噪声大侧斜螺旋桨,减少水下空泡噪音,辅机也要做配套减震处理。
做完机舱内部吸声阻尼、进排气消声器,但还没有上双层浮筏的阶段,机舱噪声可以降到92至98 分贝;等整套顶配降噪全部到位,也就是双层浮筏加机舱全阻尼敷设之后,机舱现场可以压到 82至88 分贝,机舱集控室可以降到 72至76 分贝,实现人员可以简短对话的工作条件。
这里要分清,机舱内部空气噪声,和向海里辐射的水下噪声,这是两回事,浮筏主要解决的是往舰体、向水下传的结构振动噪声,机舱里的空气噪声靠吸声材料、消声器来处理。
在这套降噪方案下,军舰的静音效果会根据航行工况,呈现出很明显的区别。
平时低速巡航的时候,只开启部分柴油机,主机负荷低、震动小,经过多层降噪过滤之后,军舰的水下辐射噪音,基本能贴近海洋自然背景噪音,隐蔽性拉满。这个状态下,既能保证自己的舰载声呐清晰探测水下目标
但如果是高速航行,四台柴油机全部满负荷工作,燃烧强度、机械震动、轴系负荷都会大幅提升,螺旋桨也会出现轻微空泡,噪音会明显变大,没办法实现低速的静音。
不过对比完全没有降噪处理的同类型军舰,它的水下噪音依然能降低十几到二十分贝,提升效果非常显著。而且降噪处理之后,机舱和作战舱室的工作环境会舒服很多,舰员可以正常沟通,执勤和生活体验都会大幅改善。
这里也要客观说明,柴油机天生的低频震动,让它全速状态下的静音性,还是比不上同吨位的燃气轮机护卫舰,但它胜在油耗低、续航远、基础造价低,中低速静音表现也完全够用。
当然,这么的全套降噪技术,成本代价也是非常高的,而且柴油机军舰的降噪成本,要比燃气轮机军舰高出不少。
根据国外统计光是双层浮筏、柔性管路、消声器、吸音材料、低噪声螺旋桨这些硬件设备,成本就占到整舰建造费用的3%到5%。如果再算上前期的声学仿真设计、舰体结构改造、实船噪音测试调试、专业监测系统搭建等费用,降噪总成本占比能达到4%到7%;
全套降噪设备重量不小,会给军舰增加3%到4%的排水量载荷,很多舱段都要额外加固,直接增加了钢材用量和建造工时。
而且大量柔性管路的使用,让接口结构变得更复杂,安装、校准、调试难度提升,拉长了整体建造周期。
根据客户荷包里鼓和扁的程度,这套降噪系统也分高低两个配置。基础版只做简单的单层减震、简易消声和螺旋桨优化,砍掉大部分精细化降噪处理,成本能控制在军舰造价的2%以内,但效果非常有限,只能改善舱内工作噪音,对关键的水下辐射噪音提升微乎其微,高速航行时依然不具备隐蔽性。
而高端反潜顶配版,会用上全套双层浮筏、全管路柔性连接、全覆盖阻尼降噪、高精度轴系减震和专业低噪声螺旋桨,搭配实时噪音监测系统,虽然成本更高,但能实现中低速极致静音,完全满足专业反潜作战需求。所以这款护卫舰如果是通用主力型号,一般会适度精简降噪配置,平衡性能和造价,专职反潜型号,才会装上全部降噪配置。
最后讲一个很多人不知道的技术难点,那就是双层浮筏降噪,会对军舰的主轴传动系统造成很大影响,这也是柴油机军舰降噪最容易出问题的地方。
浮筏的工作原理是弹性减震,工作时会产生上下、左右、前后的三维位移,主机工作发热、船体海浪晃动、静态承重沉降,都会让柴油机不断产生微小的位置偏移。但军舰的传动轴、轴系基座是牢牢固定在舰体上的,不会跟着主机移动,这就导致主机输出端和传动轴,永远存在动态位置偏差。
如果我们用传统的刚性方式连接主机和主轴,所有的位置偏差和震动,都会直接挤压连接部件,轻则零件快速疲劳损坏、寿命大幅缩短,重则直接断裂、动力失效。最关键的是,刚性连接会彻底打通震动传递的通道,浮筏辛辛苦苦隔绝的震动,会通过轴系重新传回舰体,天价降噪设备会直接失效。
为了解决这个问题,工程师必须在主机和主轴之间,加装高弹性联轴器,部分型号还会增设浮动短轴,用来吸收所有的轴向、径向和角度偏差。
但这个配件也是最大的设计矛盾点,联轴器刚度太高,就没有足够的形变补偿能力,容易过载损坏;
刚度太低,高速大扭矩工况下,又容易引发轴系共振,出现传动故障。
再加上军舰航行时船体本身会弯曲变形,舰尾轴系会随之偏移,和主机的位移叠加在一起,进一步加大对中难度。所以军舰静态组装时的对中只是基础,真正的核心,是前期通过大量仿真计算,模拟不同海况、不同航速、不同主机温度下的位移数据,提前预留足够的补偿余量。
在后期维护上,带双层浮筏的轴系,保养难度比较大。长期使用后,浮筏的减震橡胶会老化衰减,导致主机高度、角度发生细微变化,轴系对中精度持续漂移。
每次军舰进坞大修,不仅要校准轴系,还要逐一调试所有浮筏的减震参数,微调主机位置,重新校对联轴器精度,工序烦琐。
总的来说,只要设计到位、配件选型精准、定期规范维护,就能解决浮筏带来的传动问题,保住全部降噪。
可如果为了省钱简化设计、使用普通联轴器,就一定会出现传动故障、降噪失效的双重问题。
现在国内造船机械加工都比较到位,降噪应该也是一流水准!
以上资料仅供参考!