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作者|陈俊宇，清华大学机械工程系博士研究生
海洋覆盖了世界面积的71%，而人类对海洋的了解还不到5%。
军事需求驱使人们学习海洋环境科学。近年来，随着海洋资源开发、海洋经济发展和海洋生态环境保护的重要性日益增加，许多国家也加大了对海洋科学研究的投入。
海洋科学研究离不开专业科学研究船，所以今天我们就来谈谈中国的海洋科学研究船。
(1)科研船花费很多钱。中国只有日本和俄罗斯的一半。
海洋研究船是海洋科学调查和研究的专用工具。广义而言，研究船不仅包括政府或研究机构为水文调查、海洋科学研究、极地研究和渔业调查建造和运营的研究船，还包括石油和天然气公司为石油和天然气勘探建造和运营的地球物理地震调查船等。
(海洋科学研究船的使用)
从研究船队的规模来看，美国、欧盟、日本和俄罗斯等世界主要经济体的研究船队规模远远大于中国。
据统计，目前美国有250多艘科研船，欧盟有302艘，俄罗斯和日本分别有100多艘。
自2012年以来，中国已经建立了一支国家海洋调查船队。经过不断的发展和扩充，舰队已经从原来的19艘增加到54艘。目前，中国正在设计或建造约10艘海洋科学研究船，居世界首位。
(国家海洋调查船小组的一些“成员”，来源:国家海洋调查船小组的官方网站)
鉴于科研船需要满足更高的建造和技术要求，它们中的大多数都很昂贵。
例如，中国第一艘极地研究破冰船“龙雪2号”符合最新的极地规则，耗资15亿元。即使是非极地研究船也经常花费上亿元。
相比之下，2017年造船价格处于低位时，中国造船厂以每艘约10亿至12亿元人民币的价格，签署了一批2.2万艘标准集装箱船(目前是世界上最大的在建集装箱船)的订单。
因此，在当前低迷的航运市场下，对中国船厂来说，科研船是一个非常好的订单来源。
(2)除了普通船的性能，科研船也强调“沉默是金”
由于其特殊用途，研究船除了满足灵活操作性能、速度耐力性能等一般船舶要求外，还需要满足研究活动提出的一些特殊性能要求。
为了不影响检测设备的测量精度，研究船应尽可能考虑船型设计、结构设计和选用低振动、低噪声设备，以降低船舶本身的噪声。对科研船而言，“沉默”是船上科研仪器设备准确工作、获取真实可靠的科研数据的重要依据，也是深入开展高水平、高质量海洋科研的重要保证。
影响科研船的噪声可分为两类:空气噪声和水下辐射噪声。
(1)空气噪音
空气噪声不仅会影响机载设备的准确性，还会影响机组人员和科学家在工作和生活中的舒适性。
中国船级社《船舶噪声级规范》指出，舒适空气噪声级必须小于49分贝。如果一个人连续24小时暴露在80分贝以上的噪音中，会对听力和神经系统造成损害，因此必须佩戴相应的隔音装置。然而，对于超过120分贝的情况，即使穿戴防护设备，人们也不应暴露在相应的环境中。
(不同声压级下的空气噪音(分贝))
(2)水下辐射噪声
水下辐射噪声对水声探测设备的精度有很大影响。只有无声船获得的科学数据才具有国际权威。
and any为四种主要类型的海洋勘探船(配备水声设备的普通船、地震勘测船、渔船和科研船)以及任何其他希望对其环境噪声控制水平进行分级的船只规定了不同静音船只的水下辐射噪声规格。
(表:DNV规定的安静船舶的等级符号系统)
(不同条件下带无声符号的水声静音船的最大允许辐射噪声级)
应该注意的是，空气和水的声压级不能直接比较，因为它们的参考值与环境不同。
(对于带有SILENT-S符号的无声地震勘测船，获取大水下最大允许辐射噪声水平)
(不同条件下带无声标志的无声渔船的最大允许辐射噪声水平)
(带SILER-R符号的无声科研船在最大允许航速11节时的辐射噪声水平)
(静音-E环境级静音船舶在不同条件下的最大允许辐射噪声水平)
(3)中国科研船的降噪性能居世界前列。
如前所述，中国新建和在建研究船的数量是目前世界上最高的。事实上，不仅是数量，而且是性能，中国制造的研究船已经进入世界第一梯队。在降噪方面，中国的“嘉庚”和“东方红3号”研究船的性能是显著的。
1.与普通会议室噪音水平相同的“嘉庚”
2015年3月31日，“嘉庚”号科研船正式下水。一年后的5月10日，“嘉庚”号科研船在广州下水并正式命名。2017年3月28日，“嘉庚”号科研船正式交付使用。
“嘉庚”号科研船是拥有全部知识产权的海洋科学综合研究船(厦门大学)。船长77.7米，船模宽16.24米，设计吃水5.2米，总吨位约3500吨，经济航速11节，最大航速14节以上，续航里程10000海里，自持能力50天，人员54人。
(嘉庚)
“嘉庚”号是中国第一艘通过DNV船级社船舶噪声级标志无声a+s的船舶。当船舶通过水面时，噪声级仅相当于会议室产生的噪声级。
2.东方红3号，20米外的鱼学校听不到
2019年5月30日，江南造船厂交付了中国海洋大学建造的新型远洋大型综合科研实习船“东方红3号”。
“东方红三号”是一艘5000吨级的远洋综合科研实习船，总长约103米，宽约18米。它具有在世界无限航区的导航能力。它具有长达60天的海上自给能力，可以航行15000海里。它可搭载110名科研人员和机组人员，操作平台600平方米，实验室面积600平方米。
(5000吨“东方红3号”无声研究船)
“东方红3号”是第一艘获得DNV“无声-R”证书的国内和第四艘国际海洋综合研究船。它也是世界上最大的位移海洋综合研究船。
“东方红3号”船舶适用于综合科研要求的船舶的各项性能和技术指标。船舶的振动、噪声、电磁兼容性等参数控制值已达到世界先进水平，尤其是低噪声控制。当船行驶时，水下20米以上的鱼群感觉不到。
船舶良好的安静环境保证了“东方红三号”船载仪器设备获得的科研数据的真实性和可靠性。
(4)国内研究船舶静音的关键技术:发动机隔振、超静音电机和螺旋桨
声音是由物体的振动产生的。一般来说，船舶、柴油机、螺旋桨、发电站、发动机、齿轮箱和其他动力装置是主要的噪声源。为了满足静音船舶的分类要求，国内研究人员主要采用了三项关键技术，包括发动机双层隔振设计、低速超静音推进电机推进和低噪声螺旋桨设计。
首先是发动机的双层隔振设计。
船舶的动力来自柴油发动机，在普通船舶上安装专用柴油发动机来推动螺旋桨。这是船的主要推进系统。这台柴油机也被称为主机。其他柴油发电机组位于船上的发电站，为船上的设备提供动力，这些设备被称为辅助设备。
这些柴油发动机安装在船上。如果它们部件的振动直接传递到船体上，就会产生很大的噪音。因此，有必要将这些发动机与船体完全分离，即采用双层隔振设计，可以有效降低发动机产生的噪声。
(双层隔振设计示意图，来源:夏兆旺等，船用辅助设备双层隔振教学系统开发设计)
其次，选择低速超静音电机作为动力主机。
对于船舶主推进系统，如果主机直接使用柴油机提供的动力，需要复杂的轴系来实现动力输出和速度控制，而齿轮和轴承等中间环节会产生很大的噪声。
国内静音研究船采用的主要推进方式是通过电机直接驱动螺旋桨实现的，降低了中间传动环节的噪声，同时电机本身的噪声也小于柴油机的噪声。
(嘉庚号以电机为主要推进力，减少传动环节和噪声源:赵同彬等，科研船低噪声主推进轴浆一体化设计研究)
三是低噪声优化螺旋桨。
当螺旋桨在水中旋转时，如果其旋转周期不均匀，就会产生振动并传递给船体。另外，由于高速旋转的螺旋桨表面流场的不均匀性，会在其表面产生大量的空化气泡，从而产生巨大的噪声。
优化形状参数，如节距、直径等。螺旋桨的旋转可以提高螺旋桨的旋转均匀性和空化的初始速度，从而使船舶在额定速度下不产生或少产生表面空化。
(螺旋桨旋转时会出现气穴现象)
除了上述三项主要措施外，中国造船厂还采取了尽可能多的措施来减少船上辅助设备和管道的振动和噪音，平滑船体线条以降低噪音等。，最终使得这些国内科研船成为“沉默是金”的静音船。
结论
越来越多的国内无声科研船成功投入使用，表明中国已经掌握了制造无声科研船的关键技术，从而进一步确立了中国海洋科研数据成果的国际话语权，也将为中国未来在海洋科研领域的发展奠定坚实基础。
中国制造的科研船上有多少头牛？当行驶20米远时，鱼感觉不到。"