專利名稱：扁鐘型內乳釘潛水艇的制作方法
無疑，潛水艇是一種極其重要的戰略武器，世界各國都在不與遺力的研制它，為了改進它的性能，各國都投入了大量的人力和物力。尤其是在降噪方面，由于直接關系到潛艇安全和隱蔽。世界上的科學家簡直是用盡了渾身的解數，經過幾十年的努力，目前先進的潛艇噪音已降至近100分貝，許多降噪技術，如吸音涂層、消音瓦、減振浮筏、泵噴射推進器、電磁推進器、多葉螺旋槳和側斜技術等等，早已為人們耳熟能詳。盡管這些技術還在不斷改進，但潛艇的各種噪音，仍然過大，其安全沒有得到完全的解決。至于潛艇的隱形，更是沒有眉目。所以仍需要新思維和新技術來降噪。本發明是以改進潛艇的艇型結構來降噪的。我們知道，現代潛艇幾乎全部采用的是水滴線型結構的艇型——這是一種較特殊的圓柱形，采用扁圓形的，僅有一例，即瑞典的比目魚2000型。但這一例目前還在試驗階段，屬于紙上談兵，尚沒有實用潛艇生產出來服役，所以目前世界上，對圓形與扁形潛艇的優劣，還無從知曉。至于圓型與扁型的相關聲學和波動力學的對比研究，至多算是剛剛起步。然而，令人意想不到的是，此項研究卻早在中國遠古時代就開始了，應該說，遠在三千年前中國古人就對圓形和扁形有非常成熟的認識。盡管后來的北宋科學家沈括只給圓形和扁形總結了兩句話——即圓鐘聲長，扁鐘聲短，沒有說到還有圓鐘聲大，扁鐘音小的事實。但考察商周出土文物，則分明顯示出，當時的古人，是完全掌握了圓形和扁形的聲學和波動力學原理的。正因為如此，中華文明才創制出古埃及、古希臘、古羅馬文明所沒有的一類青銅樂器——編鐘、編镈、編鐃、鉦、鐸等諸種打擊樂器。這些樂器的統一特征是全是扁形的。為何不見圓形的——這正是我們祖先的高明之處。也說明了先人們當時對圓形和扁形是何等的了解。事實很清楚，圓鐘是無法演奏樂曲的，這是因為它聲大、音強、聲長的緣故，聲聞數里，余音不息。如何迅速交替音符，敲出旋律所需的節奏和斷音。而扁鐘則恰好相反，它聲短且音小，很容易就敲出節奏和斷音，能迅速交替音符，演奏樂曲。并且一鐘兩音。之所以會有如此的差別，全在于圓型是節能助波的，而扁型是耗能阻波的。
今天，當我們聽到曾候乙墓出土的那套二千五百年前的編鐘。還能敲出那么優美，音量舒適的旋律，就不得不佩服我們的先人，對圓形和扁形的研究，是多么的透徹，才明白為何這類樂器都得是扁形的。
其實，圓型助波與扁型阻波的原理并不神秘，大家都知道過橋吧，部隊過橋時是絕對不能喊一二一的，如果步伐整齊劃一的話，那橋就要非塌不可。不用說，同步走會助波，加大橋的震蕩，讓橋承受不了。
圓鐘助波也是如此，當鐘聲敲響時，雖然基音和泛音及鐘體的混合波動非常復雜，但主要的波動形式，不外是兩種。一種是聲音的波動，另一種是鐘體的波動。
聲音的波動是，鐘外的聲音是輻射波動，鐘內的聲音則是一漲一縮的疊加波動。由于圓鐘的中心到鐘周壁是等距的，切片就像一個車輪子一樣。所以這一漲一縮是同步的，整齊劃一的。猶如過橋時喊一二一，只是這種漲縮交替非常快，因為音速是每秒340米，這種同步效應——或說圓鐘效應，可以在車輪子上推演出來。把自行車輪條拆下來，一看就明白了，輪條是一般長，是整齊劃一的，而鐘體的波動——或說振動，則是這樣。由于鐘體是圓的，當敲擊點的振動傳導散開的時候，這種振動會沿著鐘體圓周一圈圈的延續下去。猶如一個皮球從高處落到地上。在沒有受到任何阻礙前，它會不停的跳動，直到能量耗盡，彈跳停止。而這兩種波動都由同一擊引起，所以它們之間會互為因果，互為傳導，互為同步。并會以共振的形式影響到另一物。
上述的波動形式，有一種特殊的樂器能很直接的表現出來，我國西藏和尼泊爾地區有一種佛用銅圓罄，這種罄的用法不是敲擊，而是轉著擦擊——即沿罄璧摩擦，隨著一圈圈地擦擊，其發出的聲音會由小到大，越來越響，越來越持久。明顯讓人感到那股強大而神秘的聲柱，仿佛看得見，正在從罄中升起。這種景象，毫無疑問，就是同步效應，圓鐘助波最直觀的表現。同時，也啟示，任何圓鐘除了敲擊外，還能擦擊。
正是這種助波的原理，我國的明永樂大鐘，敲響后，鐘聲竟能延續三分鐘之久，聲聞上百里。西方教堂的鐘聲，還有延續更長的。
至于扁鐘阻波，也不難明白，扁鐘的中心距鐘周璧是不等距的，就像一個扁圓的車輪子，把輪條拆下來，就清楚了。輪條是長短不一的，亂極了，聲波在這樣的鐘內波動，根本形不成漲縮的同步。原因是距離不同，聲波在鐘內四壁的反射疊加會有先有后，亂成一團，互相抵觸摩擦，消耗能量，使大部分聲能轉化成了熱能。盡管音速是相同的，但這和過橋時亂步走，導致阻波的不同步效應是完全一樣的。雖然在這里，過橋和敲鐘是毫不相干的兩碼事，一個表現的是震蕩，一個發出的是聲音。但在波動力學的領域里，它們則根本是一碼事。僅一點不同，那就是橋震是縱波，而鐘聲卻是球面波。
同理，鐘體的震動波也會由于鐘的不規則結構而產生混亂，尤其是合瓦式扁鐘，當震波傳導到兩瓦結合部時，會由阻礙和突然要改變方向而難以延續下去，就像皮球落地還沒等它高彈就用手去擋住一樣。當然，這和過橋的不同步有點不一樣。但道理還是相通的。所以扁鐘聲短音小是必然的。
總之，同步和不同步的效應是決然相反的，一個鐘，想要聲聞數公里，想要聲音長久不息，則只能在同步效應上下功夫。比如要把鐘鑄的極圓和極均勻。但若要敲出節拍和斷音，要想一鐘兩音，就只能是扁型。而且，有時候，僅有扁型還不夠。像大型的鐘體，鐘大音也大，即使是扁型也會聲聞數百米。而雅樂的音響是不能超出幾十米的，想要把那么強音的鐘聲，變成能在室內欣賞的雅樂，其難度可想而知。然而，我們的祖先，真是神了，他們在大鐘體上，都鑄上了一排排的乳釘(也叫枚)和一個又粗又長的甬，(真不知他們是如何想出來的)，這些枚和甬簡直是神來之筆——因為這又是同步和不同步效應的精彩運用。很顯然，在鐘體上，有乳釘和沒有的地方，甬和對稱的鐘身，震動的頻率是截然不同的。是無法同步的。何止頻率，震波的傳導，也會因鐘體上的高低不平和各方的不平衡不均勻而產生傳導錯亂。設想一下，馬路上要是布上些突兀的亂石，無疑會造成汽車行駛困難而亂開。這些乳釘則和亂石一樣，有著異曲同工之妙，只不過它們造成的是鐘體上的震動波的發散亂動而已。結果是波之間互相摩擦抵觸，自耗能量。正因如此。鐘聲便會由于這種特殊的亂動而降下來，這和過橋時的亂步，何其相似乃爾。
很明顯，除了扁型以外，這些枚和甬的作用，也一樣是在抗震阻波，而且效果極其顯著。不妨對比一下，倘若圓鐘的聲音會持續十幾秒的話，那乳釘扁鐘的聲音頂多有0.1秒，也就是說100∶1，多么驚人的數字。何況實際上還不止100∶1，至于分貝的降低，相信聽過編鐘音樂的人，都有深切的體會。綜上所述，我們不得不說，我們的先人，在波動力學上的造詣，是何等的了不起。然而，十分遺憾，祖先們這些令人拍案叫絕的技術，卻長期沒人認識，得不到利用，得不到發揚光大。想一想，我們日常生活中，多少需要防震防噪音，需要抗震阻波的事情。特別是潛艇，其降噪是十萬火急，在這方面，在降噪的創新上，瑞典人的比目魚，的確是先行了一步。不過，他們邁出的僅是一小步，并沒有看見他們在一切噪音源及震動通道和艇殼璧上，采用更加新穎的波障設計。說明他們設計人員，還不知道中國早有這么多乳釘扁型的奇妙樂器，更別說從這些樂器上獲得什么降噪的靈感和啟示。看來，他們對不同步效應似乎還不太熟悉。筆者認為，不同步效應是可以用在一切噪音源及振動傳導體上的。無論是機器、螺旋槳、聲納陣、艇殼等諸種地方。但這方面的設計，還只是一些設想。尚未成熟。目前，最容易做到的是，改水滴線型艇體為扁鐘形。并在艇殼內設計內乳釘。當然，如此的改變，會使潛艇不如原水滴線型艇體速度快，會給戰斗轉移帶來不利。但有利必有弊，有弊也能有利。考慮到潛艇乃是伏擊偷襲型的利器，最大的目標還是應選擇靜音和隱形。
下面，就扁鐘形內乳釘潛水艇設計給出一個剖面圖。
圖1.可以簡單明了地看出設計的輪廓和思路，以及諸種的要素，至于艇內各種機器、武器、設備的安排布置，本發明不涉及。
權利要求
1.一種以扁鐘形內乳釘結構的潛水艇。
2.以不同步效應的波動力學原理為依據的，各種防震、降噪的波障設計。
全文摘要
一種以扁鐘形內乳釘結構的潛水艇。它的主要特征是改變潛水艇常用的水滴線型艇體，而采用了近似的扁圓體。由于這種艇型更符合不同步效應的波動力學原理，因而它在降噪靜音方面比水滴線型艇體更優越，而且艇殼內設置的內乳釘會進一步把噪音降下來，從而使此型潛艇更具有隱蔽性、突擊性。
文檔編號B63B3/00GK1765696SQ20051007228
公開日2006年5月3日 申請日期2005年5月30日 優先權日2005年5月30日
發明者廖萬偵 申請人:廖萬偵