关注| 科考“利器”诞生记
5月30日，中国海洋大学的新型深远海大型综合科学考察实习船“东方红3”号在上海长兴岛正式交付。
该船由中国船舶工业集团公司第七〇八研究所(简称“七〇八所”)设计、中船集团江南造船(集团)有限责任公司建造，是国内首艘、国际上第4艘获得DNV GL签发的船舶水下辐射噪声最高等级-静音科考(SILENT-R)认证证书的海洋综合科考船，也是国内目前排水量最大，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。
多项设计全球领先
作为高技术船舶，其设计和建造难度本身就大，加之多项技术更是突破现有之最，因而显得更加“耀眼”：
跑的远——最节油的双桨推进科考船。因采用一种与船艏型线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。
听得清——最安静的海洋综合科考船。该船多项指标国际领先，特别是低噪音控制指标达全球最高级别，“当船行驶时，水下20米以外的鱼群都感觉不到。”七〇八所研究人员表示。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。“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FAT试验中进行严格的单项验收，最终确保获得国际上最严格的水下噪声指标，挪威船级社DNV Silent-R船级符号。
看得明——最高精度的全海深地形底貌探测能力。为获得最高精度的全海深地形底貌测量能力，“东方红3”号在国内首次引进两套高分辨率的中浅水和全海深多波束系统(国际上仅有一条船安装)，设计单位和船厂联合攻关解决了船舶型线设计和建造安装工艺的关键技术，一举提升了我国在全海深地形底貌的探测能力。
探得深——作业深度覆盖全球最深的马里亚纳海沟。“东方红3”号具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，该船配备有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米纤维缆绞车大大确保了作业探测的深度和可靠性。
传得快——强大的科考数据和船舶数据网络，实现船岸一体化。“东方红3”号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，VSAT船岸实时通讯。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在线监测与报警系统。
迎难而上攻克难点
科考船的设计不同于普通船舶，其方案论证、界面协调、设备定制设计、布置优化调整的工作量要比普通商船多很多。
首先，科考船总布置设计要解决“兼顾”问题：在满足法规要求的前提下，兼顾船舶系统与科考系统，实现科考功能最大化。
设计船舶，“兼顾”也是最难的。在主尺度和线型基本确定后，加上总体设计必须确保的作业视线、采样洁净度、振动噪声、电磁兼容等，各个系统的特殊要求，因此必须将船上每个边边角角都充分利用起来。
经过项目组努力，最终使该船的实验室面积和工作甲板的利用率均达到了同型船中的最高。“东方红3”号具备了尽可能多的可扩展功能，5000多吨的排水量可完成7000吨科考船的任务。
另外，科考船的排水量较小，一般只有几千吨，空船重量的调整空间较小，因此对每一项设备的重量控制指标要求都很严，空船重量如果估算过轻，会影响科考负载指标、船舶科考功能，此外需额外消耗更多压载水进行调整。
值得欣喜的是，“东方红3”号正式倾斜试验完成后，空船实测重量比初始预估减轻了0.6%，重心高度略有下降，纵向位置向更有利配载的尾部略有移动，非常好地解决了科考船的浮态控制难题。
除此之外，一般的船舶只关注舱室的空气噪声，那是为了让船员睡个好觉或者是获得一个舒适的工作环境。科考船不仅仅只关注船上环境的舒适程度，它还要保证自身噪声最少地向水下传播，为什么?这是由科考船的任务性质决定的。
作为研究海洋科学的船舶类型，科考船上安装了大量精密的声学仪器，它们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。这些声学设备能力越强越是“娇贵”，总是希望外界干扰越小越好。
“东方红3”号的首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”船外，世界上仅有一艘安装)，为了匹配这种高配置，船东中国海洋大学提出了该船需满足DNV GL水下辐射噪声SILENT-R的高要求。
“要知道，当时国内科考船水下噪声研究刚刚起步，一般船东仅要求满足DNV GL水下辐射噪声SILENT-A+S的要求，该要求对航速没有严格限制，一般取声学设备常用航速7-9节即可，且对低频段水下噪声的要求很松，获颁难度不大。而SILENT-R不仅要求航速覆盖0-11节，而且对低频段水下噪声的要求提高了好几个层级，拿英语考试做个比喻，SILENT-A+S是国内大学英语四级的要求，而SILENT-R就是要求考高分的托福和雅思。其难度可想而知。”七〇八所研究人员表示。
当七〇八所的设计师们在听到船东SILENT-R的要求后，都是皱紧了眉头，他们当时就意识到“东方红3”号最大的设计挑战出现了。
自主研发静音技术
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，导致螺旋桨静音设计难度就越大。
设计该SILENT-R螺旋桨不仅是国内首创，也意味着达到国际领先水平。对此，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船级社、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。
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五年多的技术攻关和不懈努力，终于交出了靓丽答卷。
除了低噪声，该螺旋桨的其它性能也非常优秀。根据国际权威水池提供的模型试验报告，对该桨性能给出了最高级评价，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，在各种考核工况下螺旋桨均无空泡发生;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，两年前，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船级社的SILENT A+S低噪声证书，如今“东方红3”船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。
“东方红3”号水下噪声控制的成功，既保证了船东用船的需求，也为后续科考船的水下噪声设计提供了非常宝贵的经验，必将引领船舶设计中以降低水下辐射噪声为目标的计算评估和控制技术研究，以及针对船舶建造完成后水下辐射噪声的实船测试方法研究，为今后我国科考船水下噪声新规范规则的制定提供更多话语权、为将来更多船舶满足这些新要求提供充足的技术保障。
来源：中国水运报
作者：曲宁宁 丁举
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