054B批量中、全柴护卫舰成主流!柴油机噪音难题,可以解决!

  近期,国内南北船厂同步开工第二批054B护卫舰。相较于成熟的054A,新版054B垂发单元从32套扩容至48套,火力密度提升。按照现有发展态势来看,未来054B服役总量有望突破20余艘,搭配现役20艘左右的056A轻型护卫舰,40余艘的054A系列,海军即将很快进入“百护时代”,近海防御、远海护航的体系越来越完整。

  但大家通过正式发布的新闻发现:批量列装的054B护卫舰,最终采用的是全柴动力,而非此前网传的综合电力推进方案,不少人为此感到些许遗憾。但客观来看,全柴动力绝非“落后妥协”,

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  从全世界范围来说,全柴动力已经在5000吨别上下的护卫舰越来越多,

  FDI 项目总生产统计,法国 5 艘 , 希腊 4 艘 ,瑞典 4 艘,合计 13 艘 FDI 订单

  31型护卫舰,英国5艘,波兰采购 3 艘,印尼4艘(也有说2艘),合计10艘到12艘;

  不过再先进的柴油机,都绕不开一个问题:噪音偏大。而在现代海战中,舰艇噪音绝非简单的“吵”。柴油机工作时产生的低频脉动噪声,传播距离极远、穿透性极强,极易被敌方被动声呐远距离捕捉,会暴露舰艇行踪,招致潜艇攻击。

  同时,机舱内持续的高强度噪音,会严重影响舰员执勤状态,长期下来削弱人员战斗力和舰艇持续作战能力。

  长久以来,各国海军解决舰艇噪音问题,依靠的都是传统被动降噪手段,通过厚重消音器、隔声阻尼材料、舰体包覆结构等方式降低噪声。但这套方案的弊端十分明显:厚重的降噪设备体型笨重,大量占用护卫舰的舱容,增加船体自重,还会抬高柴油机排气背压,直接拖累主机动力输出、增加燃油消耗。

  最致命的是,被动降噪对海战威胁最大的低频线谱噪声,压制效果极差,无法从根源解决舰艇声学暴露的难题。

  正因传统降噪技术有限,才开始发展柴油机有源声音对消技术这项技术,这项技术原理说白了就是以声制声,反向抵消。

  系统依托高精度声学传感器,24小时实时采集柴油机的原始噪声信号,机载高速芯片瞬间解析出噪声的频率、振幅、相位等核心数据,随即驱动专用次级发声设备,输出一束频率、振幅完全一致,但相位截然相反的反向声波。

  两束声波在空中精准叠加干涉,直接对冲抵消柴油机的原始噪音,从根源上实现降噪。

  相比传统被动降噪,有源声音对消针对柴油机最难处理的20–500Hz低频燃烧脉动、排气脉冲噪音,可在关键区域实现10–20dB的有效降噪,补上被动降噪的低频短板。

  更关键的是,使用在舰艇排气系统时,无需复杂曲折的消音管路,几乎不会产生额外排气背压,在降噪的同时,完全不牺牲主机动力性能。

  护卫舰远航作战时,经常变速,那么柴油机的转速、负荷也会变化,噪声频谱也会动态变化。

  传统固定参数的被动消音设备,降噪效果就会大幅缩水。而有源对消系统的智能自适应算法,能够修正运行参数,实时追踪噪声变化。

  同时它无需对整舰机舱进行大规模改造,只需在驾驶操控台、舰员执勤站位、核心作战工位等关键区域设置专属静音区。

  当然,该现阶段仍存在明显的技术局限,这也是它无法完全替代传统降噪的核心原因。

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  首先是降噪范围有限,有源对消的静音效果仅集中在传感器周边小范围区域,属于典型的“定点静音”,超出覆盖范围后降噪效果直接归零。护卫舰机舱声场复杂,柴油机多设备同步发声、声波相互混响叠加,根本无法实现全机舱全域降噪,只能针对性保护核心作战岗位,无法彻底根除机舱噪音。

  其次存在频段短板,受限于硬件运算速度和发声设备性能,该技术仅对低频噪声有效,对于1kHz以上的高频机械撞击、气流湍流噪声完全没有压制能力。想要实现全频段降噪,必须与传统吸隔声、阻尼包覆等被动设备搭配使用,单一系统无法完成全域降噪任务。

  护卫舰机舱常年高温高湿、盐雾腐蚀严重,伴随全天候强振动、油污侵扰,的声学传感器、控制系统和发声硬件成本高昂,且长期高强度服役后,容易出现参数漂移、信号失真等问题,极端情况下还会产生声波自激啸叫,反而额外增加噪音,干扰舱内作战秩序。

  还有一个不可忽视的短板:有源声音对消只能处理空气中传播的空气噪声,对于柴油机通过基座传递到舰体的固体振动噪声、结构辐射噪声完全无能为力。而这类低频结构噪声,正是柴动力舰艇远距离暴露的主因,所以必须搭配主动减振系统、智能隔振基座等技术。

  尽管存在诸多局限,但很多军舰开始采用,其中管道式有源消声技术应用最广、可靠性最高。要说最大受益者,就是常规柴电潜艇。

  柴电潜艇在水面通气管航行状态时,柴油机排气产生的低频线谱噪声特征明显,是敌方被动声呐的首要捕捉目标。而搭载管道式有源声音对消系统后,可对潜艇核心低频排气噪声实现30dB以上的强效压制,消除了标志性噪声线谱,同时规避了传统大型消音器体积庞大、损耗动力的问题;

  相信在054B护卫舰上也应该采用了该技术,在保障动力、续航、性价比的同时,有效降低了声学特征、提升战场生存能力!

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