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静静驶向深海大洋——记全球排水量最大静音科考船“东方红3”号研发历程
2019-06-12

 

5月30日,中国船舶工业集团有限公司第七〇八研究所为中国海洋大学研发设计的“东方红3”号科考实习船在中船集团所属江南造船(集团)有限责任公司交付,入级中国船级社(CCS)。该船的成功交付,标志着我国科考船设计、建造水平大幅提升,也将进一步确立我国海洋科考数据成果在国际上的话语权。

在交船仪式上,“东方红3”号正式获颁DNV GL水下辐射噪声最严苛的SILENT-R证书,成为国内首艘、国际上第四艘获得SILENT-R证书的海洋综合科考船,也是世界上获得这一等级证书排水量最大的海洋综合科考船,这标志着“东方红3”号在船舶水下辐射噪声控制方面达到国际最高标准。此前,“东方红3”号顺利通过了“大考”——验证水下辐射噪声水平的专门海试:近场测量和远场测量。

研发设计亮点频现

“东方红3”号是一艘5000吨级新型深远海综合科学考察船,以培养深海大洋创新型人才为首要任务,融合科学研究、科学考察、高新技术研发应用为一体。该船总长103.8米,型宽18米,可在全球无限航区航行,海上自持力长达60天,能连续航行15000海里;载员110人,包括82名科考人员,甲板作业面积和实验室工作面积均超过600平方米。该船是目前世界上最安静,定员最多,经济性、振动噪声、电磁兼容等指标要求最高,作业甲板和实验室面积利用率最大,综合科考功能最完备的新一代海洋综合科考船。

“东方红3”号堪称最节油的双桨推进科考船。该船采用与船艏线型一体化设计的多波束导流罩专利设计,在确保多波束测量性能的前提下使得全船阻力减少15%~20%,油耗大大减少,在相同的油舱容积下,续航力大大提高,确保该船能航行到更远的深海大洋进行考察作业。

降低科学考察船自身的辐射噪声水平,使得探测时能更加清晰不受干扰,一直是一大难题。“东方红3”号采取全船减振降噪分析和优化设计,对主要噪声源进行分析验证并在工厂验收测试(FAT)试验中进行严格的单项验收,最终确保了该船符合国际上最严格的水下噪声指标要求,获得DNV GL的SILENT-R证书。

“东方红3”号拥有最高精度的全海深地形底貌探测能力。该船在国内首次引进2套高分辨率的中浅水和全海深多波束系统(国际上仅有1艘船安装),设计单位和船厂联合攻关解决了船舶线型设计和建造安装工艺方面的关键技术,提升了我国在全海深地形底貌的探测能力。

“东方红3”号装备目前国际上最先进的水体、大气、海底探测和遥感信息观测与应用系统,可进行海洋空间多学科海洋要素的快速探测与分析;配备有2台10000米以上的CTD 绞车、1台10000米钢缆绞车、1台10000米光电缆绞车、1台12000米纤维缆绞车,确保了作业探测的深度和可靠性,其作业深度覆盖全球最深的马里亚纳海沟。

“东方红3”号拥有强大的科考数据和船舶数据网络,实现了船岸一体化。该船配置独立的科考数据网络系统,并配置双万兆核心,时空同步科考数据采集、传输、存储、处理与集成,数据成果可在线显示与远程传输;配置船岸一体化船舶数据信息网络系统,支持WIFI和有线接入,实现VSAT船岸实时通信;船体与船舶关键设备、船体振动与噪声、水下辐射噪声、各类强弱电与各类线缆电磁兼容,以及船舶动态与姿态等各类信息实现在线监测,并配置报警系统。

攻克多项技术难点

作为从事海洋科学研究的船舶类型,科考船上安装了大量精密的声学仪器,这些仪器就像安装在船底的一个个“千里眼”,通过向水中发射和接收声波来看清几千米甚至万米以下水深的地质地貌,外界干扰越小,这些声学设备发挥作用越好。因此,科考船不仅要关注船上环境的舒适程度,还要保证自身噪声最少地向水下传播。

“东方红3”号艏部区域安装了世界上最精密的多波束声学设备(除“东方红3”号外,世界上仅有1艘船安装该设备),中国海洋大学提出该船需满足DNV GL水下辐射噪声SILENT-R符号的高要求。而当时国内科考船水下噪声研究刚刚起步,这对七〇八所的设计师们来说,是该船设计中最大的挑战。

水下辐射噪声的要求是全船系统性、全面性的要求,会对船舶线型及附体形式、推进系统、船体结构设计、设备选型和布置、空船重量重心控制、船厂生产放样和建造工艺等方方面面都产生影响,任何环节都来不得半点疏漏。为此,七〇八所的设计师们一方面加强自身技术钻研,一方面联合DNV GL、国内外各优质设备/系统供应商,从方案设计初期就进行减振降噪顶层规划、全程把控,总结出低噪音螺旋桨设计、主发电机组双层隔振设计和低速超静音推进电机选型三大关键技术。

此外,“东方红3”号的静音螺旋桨同样由七〇八所自主研发设计。螺旋桨辐射噪声是全船最主要的水下噪声源,能否设计出静音螺旋桨对全船噪声控制起着决定性作用,且排水量越大,螺旋桨静音设计的难度就越大。

符合SILENT-R符号要求的螺旋桨不仅是国内首创,也意味着其达到了国际领先水平。从前期的推进系统方案论证到一轮又一轮的螺旋桨优化设计,从性能计算到模型试验验证,从参加实桨加工到实船试航,七〇八所螺旋桨设计组经过5年多的技术攻关和不懈努力,终于交出了一份靓丽的答卷。

除了低噪声,该螺旋桨的其他性能也非常优秀。根据国际权威水池提供的模型试验报告,对该螺旋桨性能给出了最高级评价,螺旋桨效率比库存桨提高8.2%,航速优于指标要求;螺旋桨空泡性能优良,在各种考核工况下均无空泡发生;实船的航速、轴功率、振动、舱室噪声测试结果也一一验证了模型试验预报结果。

无独有偶,2年前,由该团队负责静音螺旋桨设计的“嘉庚”号科考船获得国内首张DNV GL的SILENT A+S低噪声证书,如今“东方红3”号静音螺旋桨再次获得成功,进一步奠定了七〇八所在国内科考船静音螺旋桨设计领域的领先地位,扩大了国际影响力。

“东方红3”号水下噪声控制成功,既满足了船东需求,也为后续科考船的水下噪声设计提供了非常宝贵的经验,同时也使今后我国在科考船水下噪声新规范规则的制定方面获得更多话语权,为将来更多船舶满足新要求提供充足的技术保障。(曲宁宁  丁举) 来源:中船集团网站

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