0 引　言

噪声对潜艇隐身性和机动性影响巨大，为提高其隐蔽性，充分发挥探测能力，各国海军极为重视潜艇减振降噪工作，有效提高潜艇战斗力和生命力。考虑隐蔽航行和作战需求，国内外潜艇减振降噪工作多聚焦于低噪声设备研发（噪声源）和辐射噪声控制（传递路径）研究，且相关技术应用已经逐渐成熟。

随着远洋航行任务加剧及人性化设计理念发展，艇员工作环境改善及舱室噪声治理日益受到重视，噪声对艇员工作和身心健康影响也日趋凸显。医学研究表明^[1]：人在特定强度噪声中工作超过一定时间将导致听力损伤，长期工作可能引发中枢神经紊乱、血压升高等问题，敏感患者将出现头晕、胸闷、恶心等症状。国外研究还发现：若潜艇舱室封闭环境中噪声降低5%，工作艇员综合战斗力将提高25%。因此，美国等西方国家非常重视潜艇舱室噪声治理，使用诸如吸声材料、隔声罩及有源消声等多种手段，最大限度改善舱室噪声，保护艇员身心健康以提升作战效能^[2]。与之相比，我国在潜艇舱室噪声治理方面重视程度与投入还有发展空间，虽在部分舱室、战位应用隔振器件、吸音阻尼等防护器材，但治理效果仍不够理想，特别是中低频噪声控制效果不佳，严重影响艇员交流及身心状态。潜艇舱室压力、温度、湿度、噪声情况复杂，如何解决中低频噪声控制问题，已经变得十分迫切。当前，随着常态化远航和非战争军事任务加重，长期噪声干扰将对艇员身心健康、设备操纵、故障检修、人机安全等方面构成较大威胁。因此，亟需开展潜艇舱室噪声治理工作，改善潜艇舱室环境噪声、提高艇员综合战斗能力。

针对潜艇舱室噪声治理问题，本文系统阐述环境噪声危害、噪声来源、治理现状及治理展望，以期有效改善潜艇舱室环境噪声，保障恶劣噪声环境中艇员身心健康，提高设备操纵安全性、在线维护及检修效率，增强艇员综合战斗能力。

1 潜艇舱室噪声危害与评价 1.1 潜艇舱室环境噪声危害

随着海军装备快速发展，舱室噪声问题日益突出，严重危害人员身心健康，影响部队协同指挥、快速反应及综合作战能力。噪声对艇员危害屡见不鲜^[3]。潜艇舱室结构狭窄，艇员处于高温、高湿、高噪环境下，容易精神不适，其中舱室环境噪声不利影响最为明显，严重影响艇员身心健康乃至潜艇作战能力。

据报道全球约有11亿人有噪声所致听力问题，而50%以上由设备使用噪声所致^[4]。潜艇机械设备噪声可能在90 dB以上、甚至高达130 dB，比民用领域噪声强度更高、频谱更丰富、危害更显著，若防护不当极易产生听力损伤。

1.2 潜艇舱室环境噪声评价

针对环境噪声污染危害，我国颁布了治理标准，如《GB3096-2008声环境质量标准》和《GB22337-2008社会生活环境噪声》等，前者规定环境噪声限值和测量方法，用于噪声环境质量评价，后者规定民事活动中噪声污染设备限值，用于噪声管理和评价。另外，《GB 9660-88机场周围飞机噪声环境标准》、《GB/T 50087-2013工业企业噪声控制设计规范》等行业标准，也给相关环境噪声进行限值^[5]。

在局域噪声评价方面，国际标准化组织曾公布ISO1999《职业性噪声暴露和听力保护标准》规定，工作场所A声级最高为85 dBA，每增加3 dBA工作时间减半。我国《GBZ2.2-2007工作场所有害因素职业接触限值第2部分》也规定人员作业场所稳态噪声限制与其相一致。在军事装备噪声评价方面，《GJB50A-2011军事作业噪声容许限值》给出噪声环境下人员暴露要求，85 dBA环境下每日最多暴露8 h，而100 dBA暴露仅0.25 h。这些标准和规范从不同层面对环境噪声治理提出了要求，也为潜艇舱室噪声治理提供了参考标准和依据。

2 潜艇噪声来源与治理现状 2.1 潜艇主要噪声源

潜艇噪声包括辐射噪声和舱室噪声，前者对潜艇隐蔽性和安全性至关重要，若辐射噪声被敌方探测设备捕获可能暴露自身信息，而后者对艇员身心健康影响较大，间接影响潜艇战斗能力。一般来讲，潜艇设备会同时产生这2种噪声，辐射噪声主要包括机械噪声、推进器噪声、水动力噪声。其中，机械噪声是潜艇低速或安静工况下主要噪声源，且以中低频线谱噪声为主，传递距离相对较远。若此类噪声控制不当，容易影响潜艇隐蔽性和安全性。随着航速增加，水动力和推进器噪声愈加明显，高航速时推进器将有明显的空化噪声，迅速增加辐射噪声。

当前诸多研究聚焦于潜艇辐射噪声治理，海军工程大学^[6-7]、哈尔滨工程大学、上海交通大学^[8]及相关研究所^[2,10,12-13]研究成果，已在辐射噪声治理方面获得显著成效。

与此同时，潜艇舱室噪声无处不在，包括机械噪声、电磁噪声等，只要设备运行就会产生环境噪声，这种噪声频段分布较广，在人耳听力范围内不同程度存在，严重影响艇员身心健康和作战效能。随着远距离、长时间水下航行任务的增加，潜艇舱室噪声的不利影响也日益凸显。

2.2 潜艇噪声治理现状

当前，潜艇非常重视设计、研制、建造、使用、维护保养及维修等全寿命周期噪声治理工作。在辐射噪声控制方面，使用气囊隔振、管路包裹、消声瓦等手段。在舱室噪声控制方面，使用舱壁吸声材料、隔声罩、消声器等，总体性能不断向低噪声方向发展。此外，随着控制理论和声学技术的快速发展，有源噪声控制技术已应用于美国“洛杉矶”级核潜艇和英国“特拉法尔加”级核潜艇空调部位和噪声较大舱室，具备良好的舱室噪声治理效果^[6]。经过近30年发展，特别是随着浮筏隔振、消声瓦、新型推进器和声学结构的应用，我国潜艇噪声治理能力有较大提升，已经迈入了安静型水平行列^[7]。

3 潜艇舱室噪声治理发展

按照舱室环境噪声传递路径，可在噪声传递环节开展研究，以获得降低噪声源、隔离噪声传递路径、抑制人员接收噪声强度的效果。

3.1 研制先进的低噪声设备

潜艇在安静工况条件下，机械噪声是主要噪声源，若能设计先进的低噪声设备，就能从源头上解决机械噪声影响，提升潜艇隐蔽性能和改善舱室环境。20世纪初美国已建立安纳波利斯实验室，承担美海军舰船和潜艇低噪声设备技术研发与样机试验，涉及低噪声泵、风机、通风和流体系统及设备^[8]。澳大利亚海军“柯林斯”级潜艇十字舵更换为X型舵后操舵噪声明显减小，主要得益于新型集成式液压舵机^[9]。此外，该型潜艇高航速状态下，螺旋桨噪声导致声呐无法正常工作，通过七叶大倾斜螺旋桨结构优化才降低了空化噪声。

在低噪声泵研究方面，朱殿璞^[10]通过改进泵口面积和工艺，在保持额定压力与流量条件下，能有效降低泵机脚振动噪声，可为船用低噪声泵提供良好的推广条件。在舰船操舵设备噪声控制方面，廖健^[11]分析阀控和泵控装置操舵优劣，并提出一种低噪声电液集成操舵装置，可降低操舵瞬态噪声5～8 dB。此外，北京航空航天大学研制的电静液作动器已广泛用于飞机飞控系统，海军工程大学研制的一体化舵机也将用于潜艇操舵系统。

在上述技术应用基础上，还可通过隔声罩进一步降低设备噪声。赵宸翦^[12]应用隔声罩对某船柴发机组进行优化设计，试验表明隔声量可达32.3 dBA，显著提升柴发机组降噪性能。此外，随着技术进步和发展，推进器噪声也日益受到重视。研究表明^[13]，泵喷推进器具有更小空化和涡流噪声，在相同推进效率下要比七叶大侧斜螺旋桨低15 dB。目前，英国“机敏”级核潜艇、美国“海狼”级与“弗吉尼亚”级核潜艇、俄罗斯“北风之神”核潜艇等，均采用泵喷推进器取代七叶大侧斜螺旋桨。据统计，世界上泵喷推进的潜艇已达数十艘。在此基础上，无轴泵喷取消了潜艇尾轴（见图1），减少潜艇结构-尾轴-推进器间耦合振动，显著提升了潜艇推进器噪声性能。

近年来，随着技术进步，磁流体推进也备受关注^[14]，其利用超导技术将电能直接转换为流体动能，不需要桨叶、轴泵等机械部件，可从源头上消除机械振动与噪音问题，据估算其航速可达150 kn^[15]，己成为潜艇低噪声推进发展方向（见图2）。

3.2 采用优异的噪声隔离器件

先进的低噪声设备可从根本上降低潜艇舱室噪声。在此基础上，采用高性能隔离器件还能进一步抑制振动噪声传递，获得更优的噪声性能。以澳大利亚“柯林斯”级潜艇为例，其在机械设备应用减振降噪措施，例如在主辅机、流体泵等噪声较大位置，采用橡胶、钢丝绳、气囊、浮筏等多型隔振器^[6]，以单层、双层或浮筏方式实现振动隔离，如图3～图5所示。在管路和艇体敷设阻尼材料、通气和通海管路使用挠性接管^[9]，甚至在双层甲板上层建筑与耐压壳间也用减振手段，使其舱室噪声得到较好控制。

在管路振动隔离方面，Tao^[16]将复杂管路视为等效梁结构，分析管路结构所致振动噪声，为管路结构低噪声设计提供了参考。孙凌寒^[17]分析管路马脚支撑数量、位置、间距、刚度等参数对振动与声学特性影响，并给出管路支撑低噪声施工建议。在流体阀件噪声控制方面，何涛^[18]设计一种可抑制空化噪声并降低压力脉动的阀件，在相同条件下新型低分层迷宫式阀件，流体和空气噪声都明显降低，可为舰船阀件改进与应用提供技术参考。此外，在潜艇结构噪声控制方面，桨-轴-艇耦合振动已经越来越受重视。林振坤^[19]深入分析桨-轴-舰体耦合系统声-振传递特性，可为多跨度、多支撑推进轴系耦合振动设计提供参考和借鉴。

3.3 推进有源控制技术应用

传统无源控制技术应用较为成熟，其优点较多但仍有不足，如被动隔振存在低动刚度和失稳的矛盾。随着有源控制技术发展，为潜艇舱室噪声治理提供了新思路和解决方法。有源控制可用次级振（噪）源抑制原始振（噪）源，能有效解决低频线谱控制效果不佳等问题^[6]。

因此，该技术应用于潜艇舱室噪声治理将是技术发展的必然趋势。澳大利亚“柯林斯”级潜艇在柴油机上应用主动减振装置，低速航行时噪声明显降低，甚至低于海洋环境噪声^[9]。研究表明^[20]，潜艇通海管路冲击和脉动噪声是影响隐蔽性的重要因素，主动控制可降低管路噪声20 dB。美国“海狼”级核潜艇应用有源控制系统后，具有良好的隐身性能^[21]。瑞典Karlskmna/Ronnehv大学用主动控制解决护卫舰壳体结构噪声问题，可有效抑制辐射噪声^[22]。德国还将主动控制技术用于某型齿轮箱设备振动抑制^[23]，法国Paulstra公司商用主动隔振器性能优良^[24]，英国南安普顿大学与BAE公司搭建了柴油机振动主动控制研究，取得较好试验效果。此外，国内海军工程大学^[25]（见图6）、哈尔滨工程大学^[26]（见图7）、上海交通大学^[27]等开展了振动主动控制和噪声有源控制器件研制和实验验证等工作，取得了较好控制效果。

为解决潜艇轴系耦合振动问题，研究人员还将主动控制用于潜艇推进轴系。赵含^[28]开展了基于准零刚度隔振的推进轴系纵向振动研究，能有效隔离轴系纵向振动、抑制主共振峰出现跳跃。此外，在噪声有源控制方面，传统耳罩应用广泛，但1 kHz以下低频噪声控制效果不佳，可通过该技术实现局域声场调控。目前，该技术已在高档汽车、民航客机等舱室噪声治理场景应用，并均获得较好控制效果，但在潜艇舱室噪声治理方面还较为鲜见。

3.4 推进新材料的应用

新材料应用已在潜艇隐身方面获得较好成绩。澳大利亚“柯林斯”级潜艇上甲板由玻璃钢改制而成，加强刚性并改进流线后拥有良好的水动力噪声性能^[9]。为降低潜艇声目标强度^[29]，采用敷设去耦瓦、透射损失瓦、无回声瓦或阻尼瓦等消声材料，也可采用新型声学材料消声瓦，具备吸声、抑振、减阻、反射、防附着等功能，但如何将其稳固地粘合在潜艇表面仍值得关注，2018年美国“弗吉尼亚”级潜艇就出现过消声瓦脱落。

为解决该问题，美国海军研发出一种“超疏水”饱含气泡间隙的油漆式涂层材料，实验条件下涂层吸声性能达91%、反射率底至3%，而潜艇光体钢板反射率为88%，该材料具有良好的吸声防反射性能和应用前景。此外，资料显示^[30]，20世纪90年代美国海军就将有源控制和智能材料作为独创性的新型舰艇隐身战略技术，进一步衰减机械设备安装弹性基座降噪后未能消除的振动噪声。

随着声学超材料不断深入研究，使得该理念逐步推向应用。周强^[31]探究声学超材料噪声抑制调控机理，研制了声学超材料结构主动控制装置，结果表明：声学超材料实施主动控制后，低频和高频处吸声性能分别增加78%和90%，为解决传统吸声材料频带固定、吸声效果不佳等问题提供思路。许伟龙^[32]还分析声学超材料在降低潜艇低频辐射噪声方面优势和应用前景。张燕妮^[33]分析超材料与潜艇声隐身及声探测之间关系，阐述声学超材料声学特性，但还存在低频宽带声波调控能力有限、未有效兼顾大静压等问题。中国科学院声学研究所杨军团队^[34]利用穿孔板结构实现了声隐身毯设计和验证（见图8），成功实现了目标特性声隐藏功能，在水下隐身与反探测方面应用前景广泛。

4 结　语

随着新技术发展，潜艇隐蔽性、突袭能力、续航能力及机动性能，必将得到快速发展和进步。与此同时，随着人性化理念进步和长期航行工作需求，潜艇艇员身心健康及其对作战效能的影响也不断凸显。为此，需要深入探索潜艇舱室环境噪声分布特征，针对不同岗位噪声强度和特性，采用相应噪声治理措施，使得艇员获得更好的身心健康环境，提升潜艇隐身性能和综合作战能力。