列车气动噪声源噪声贡献度研究

摘要：建立某型列车气动噪声计算模型,基于标准湍流模型和大涡模拟（LES）计算车外瞬态流场,用FW-H方程预测了列车远场气动噪声。分别计算了列车整体、车体、受电弓、转向架为噪声源时对外辐射噪声的总声压级和贡献度,并对不同噪声源产生的气动噪声频谱特性进行了分析。计算结果表明：受电弓滑板处具有最大的总声压级,其次在车头和头、尾车转向架处较大;车体和转向架对列车远场噪声贡献度较大,而受电弓对其附近区域噪声贡献度大于远场;车体和转向架噪声主频在400Hz～1250 Hz,而受电弓主频出现在500Hz,且低频噪声幅值很小。列车整体对远场的辐射噪声,与利用车体、受电弓和转向架为噪声源得到的远场噪声叠加相吻合,验证了计算的准确性,对噪声的计算研究有一定的参考价值。     

高速列车头型近场与远场噪声预测

建立了某头型的1∶8缩比三车编组气动噪声仿真模型,采用大涡模拟获得车身湍流脉动压力,基于FW-H方程和声扰动方程分别获得远场噪声和近场噪声,从而建立一整套头型气动噪声预测方法.远场测点总声压级的仿真结果与风洞试验结果相差小于2.0dB(A),频谱变化趋势相同,量级相差较小,表明基于FW-H方程得到远场噪声的可行性.基于声扰动方程能够获得头型关键部位的总声压级,通过对比量级发现,转向架部位总声压级量级远大于其他部位,这与传声器阵列识别结果相吻合,从而验证了声扰动方程获得近场噪声结果.对比头型各部位湍流脉动总压力级和总声压级发现,转向架和排障器量级大于车窗、鼻锥和车体;与湍流脉动总压力级相比,总声压级分布更为均匀,量级更小.     

高速列车车外噪声预测建模与声源贡献量分析

为研究高速列车车身表面各区域声源对列车车外噪声的贡献量,基于车外声源识别和几何声学理论,建立高速列车车外噪声仿真预测模型,并通过ISO标准测点处现场测试结果对其进行校核。利用车外声源识别结果对车身表面处各区域声源声功率贡献量进行量化排序,再借助车外噪声预测模型计算分析各区域声源对车外通过噪声的贡献量及车外通过噪声对关键区域声源强度变化的灵敏度。研究结果表明:当高速列车以300 km/h速度运行时,不同区域声源声功率贡献量及其对车外通过噪声贡献量差异较大,其中轮轨区域声源对总声功率贡献量和对车外通过噪声的贡献量分别为39.1%和37.6%,对列车车外噪声起到主导作用;其次为车体下部区域声源,贡献量分别为25.7%和34.1%。高速列车车外通过噪声对轮轨区域声源和车体下部区域声源变化的灵敏度分别为0.39和0.35,即每降低轮轨区域噪声1 dB,可以有效降低车外通过噪声0.39 dB。     

高速列车转向架部位气动噪声数值模拟及降噪研究

基于Lighthill声学理论,采用三维、LES大涡模拟和FW-H声学模型对高速列车转向架部位气动噪声进行数值模拟,并提出降噪改进意见.研究结果表明:转向架部位气动噪声在很宽的频带内存在,无明显的主频率,是一种宽频噪声;各监测点气动噪声频谱在低频时幅值较大,随着频率的升高,幅值下降,1/3倍频程A声压级主要集中在315～1 250 Hz频率范围内;当来流速度一定时,距离气动噪声源越远,声压级幅值和总声压级越小;在列车转向架部位设置裙板后,运行速度为300 km/h时,车外声压级幅值较无裙板时有所减小,平均降幅约为8％,总声压级平均降幅1.3 dBA;适当增加裙板面积后,声压级幅值平均降幅达到12％,总声压级平均降幅2.08dBA,降噪效果较明显.     

高速列车受电弓气动噪声数值模拟

受电弓作为高速列车主要噪声源之一,是一个包含许多部件的复杂结构。为研究受电弓气动噪声的主要噪声源以及远场气动噪声特性,基于计算流体力学开源软件OpenFOAM,采用大涡模拟结合K-FWH方程的联合方法,探究受电弓在250 km/h、300 km/h和350 km/h等不同速度下运行时的流场及气动噪声特性。通过模拟受电弓在不同速度以及不同开口状态下的运动,得到受电弓的频谱特性以及噪声源分布规律。结果表明,高速列车受电弓引发的远场气动噪声主要是低频和中频噪声,并且噪声频谱具有明显的主频。而远场噪声指向性方面,受电弓产生气动噪声具有偶极子特性,噪声主要向尾流斜上方传播。受电弓不同开口方向,所诱发的噪声声压级并不相同,闭口状态诱发的声压级更大。研究结果能为日后降低高速列车受电弓气动噪声的研究以及工程降噪问题提供理论参考。     

基于新型阻尼材料的汽车减振降噪仿真及实验研究

基于Virtual.Lab.Acoustics对汽车车身板件对车内噪声的贡献量进行仿真分析,得到车身各板件对车内噪声最大贡献量的峰值频率,用于指导基于阻尼减振降噪技术的汽车改装;并对比汽车左前车门粘贴新型阻尼材料改装前后对车内噪声贡献量,结果表明改装后车门贡献量明显降低。     

微型客车表面噪声源的识别

在某微型客车的车外加速噪声控制研究中，运用声强测量原理对某微型客车的表面噪声进行了声强测量，得到了该车的表面辐射噪声的声场分布．综合运用声功率分析方法、声强等高线图分析方法以及频谱分析方法，对其表面辐射噪声进行了声源识别和研究，确定了其主要噪声源是发动机噪声和排气噪声，而车身振动噪声、轮胎噪声、传动系噪声、进气噪声对整车表面辐射噪声的贡献较小．为确定该车车外加速噪声控制的研究重点提供了有效的参考依据．     

汽车空调气动噪声数值与试验研究

通过数值仿真和台架试验相结合的方法开展某车型空调系统气动噪声研究.研究发现,精细网格和大涡模拟方法能够获得高精度的出风口风量分配结果,它们与试验最大偏差为4.35%,最小偏差为0.93%.与此同时,空间流线的紊乱和当地速度的大小直接影响其表面总声压级的大小,对于计算的空调系统,风机是主要噪声源,改善风机流动分离,降低风机噪声是空调系统降噪的关键.可穿透面的声辐射方法有效地考虑到表面压力脉动的偶极子噪声和空间涡流的四极子噪声,是汽车空调气动噪声计算中声辐射的有效处理方法.利用该方法得到的测点总声压级与试验值更加接近,约相差2dBA,频谱变化趋势和数值基本一致,推荐作为后续空调气动噪声仿真的声辐射处理方法.     

高速列车受电弓气动噪声特性分析

以某高速列车受电弓为研究对象, 探讨其在350 km/h速度下的气动噪声特性。采用延迟脱体涡模拟(DDES)和声学有限元(FEM)相结合的方法, 分析带导流罩受电弓在升起和下降状态下, 近场和远场气动噪声空间分布规律和频谱特性, 研究流场计算时不同建模方式对诱发噪声幅值和指向性的影响以及壁板的反射和散射作用对噪声频谱特性的影响。结果表明: 1) 在本文选取的受电弓外形和开口方向下, 降弓和导流罩诱发噪声略大于升弓和导流罩诱发噪声; 2) 导流罩在低于300 Hz的低频区诱发噪声比例较大, 而受电弓在300 Hz后诱发噪声影响较大; 导流罩诱发噪声在升弓情形时所占比例相对较大; 3) 在指向性上, 导流罩诱发噪声在受电弓前部贡献较大, 受电弓诱发噪声在后部区域贡献较大; 在列车正上方区域, 弓体诱发噪声大于导流罩诱发噪声, 是主要的气动噪声源。     

Ahmed模型不同后背倾角下的流场及气动噪声研究

应用雷诺时均法Realizable k–ε的湍流模型对Ahmed模型在不同后背倾角下进行了定常流场的分析,并进行流场的大涡模拟(LES)计算.基于流场的压力脉动和速度脉动分布,获取并分析了模型表面压力脉动级分布及远场气动噪声特性,并对远场噪声与模型气动阻力的关系进行了探讨.结果表明,不同后背倾角模型中气流分离特征差异较大,导致模型尾部压力脉动强度差异明显,从而影响辐射至远场的噪声能量及其分布,且噪声能量与模型的气动阻力具有一定的关系.合理设计后背倾角,对于尾部气动噪声的控制非常重要.     

基于声辐射模态确定声功率

利用声辐射模态方法研究了声辐射问题．以声辐射模态表示振动表面的多极子辐射，构成一组基函数，采用声辐射模态展开振动表面辐射的声场信息．在声场中，选择包围振动表面的封闭表面，振动表面辐射的声功率为声强在该封闭表面上的积分．基于声辐射模态和声场分布模态，推导了计算任意形状振动表面辐射声功率的计算公式，丰富了声辐射问题中的模态分析内容．针对平板辐射，数值计算结果令人满意．     

一种基于声矢量传感器阵列的二维来波方向和阵列增益联合估计算法

基于声矢量传感器阵列的二维来波方向估计是水声通信的关键技术,但阵列增益的不一致性将影响来波方向估计性能.基于子空间分解,提出一种阵列增益和来波方向的联合估计算法,其中来波方向利用旋转不变性求解,阵列增益利用子空间正交性求解.来波方向和阵列增益以迭代方式求解.仿真结果显示了算法的有效性.     

水声通信技术研究进展

介绍水声通信技术的发展历程与技术现状.围绕水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室(厦门大学)水声通讯课题组的研究方向,介绍课题组在水声信道传输特性与匹配方法,水声语音、图像、数据通信技术研究,水声网络与立体通信等领域的研究进展和研究成果.     

声学超表面的研究与应用进展

声学超表面是通过合理的设计规则以获得控制声波传播的新型人工结构,为声波的调控和处理提供了新的途径.阐述了声学超表面的相位调制机理,重点论述了包括空间卷绕型、Helmholtz谐振型、薄膜结构型以及其他类型超表面的不同概念和设计原理,并讨论了它们在异常反射/折射、聚焦、自弯曲等方面的相关研究及应用进展.最后,分别从超表面的可调谐性、可设计性和水下调控等方面讨论了声学超表面的发展方向和应用前景.     

高频复合超声扫描探针显微镜声学图像融合研究

研究高频复合超声扫描探针显微镜在不同声学频率下所得声学图像的融合.利用高频复合超声扫描探针显微镜检测乳腺癌细胞样品,在3~3 000 kHz的范围内改变声学频率,探究其对乳腺癌细胞声学成像的影响,然后用多尺度变换和稀疏表示相结合的图像融合方法对这些乳腺癌细胞声学振幅像进行融合.结果表明,高频复合超声扫描探针显微镜在不同声学频率下对同一样品得到的声学像存在差异,并且通过图像的融合,可以综合不同声学振幅像的有用信息,从而更有利于人类肉眼的直接观察或者计算机的后续处理.     

基于声学超晶格铌酸锂的新型体声波器件

设计了一种集成的声学器件。它的基本结构是由下列3部分组成的，即换能器部分、声学开关部分和声传播介质部分，但其材料均来源于铌酸锂晶体。其中换能器与声开关部分是由声学超晶格铌酸锂构成的，而声的传播介质则是单畴铌酸锂。着重研究了声开关部分所外加的直流偏压对在该器件中传播的声波的影响。结果显示：声开关部分对声波的反射率受到这一外加偏压大小的影响，外加偏压越大，则反射率越强；声子带隙也受到外加偏压的影响，外加偏压越大，则声子带隙将会增宽。同时我们还发现了声开关的反射谱分布决定于铌酸锂超晶格的周期大小，且超晶格周期数的减小也会增宽声子带隙。该器件在设计上有两大优点：一是实现了声学开关器件的集成化，二是充分利用了声学超晶格铌酸锂最大的机电耦合系数。     

基于有限元法和边界元法的轻量化车身声学分析

应用计算机辅助工程分析技术对一更换材料和板厚的轻量化七座客车进行声学分析.在计算声压响应时,应用有限元法进行了车身结构的频率响应分析,将计算所得的结构壁板速度响应作为内部声腔的边界条件,采用边界元法计算乘员室内部的声响应.由于整车结构优化的复杂性和汽车轻量化的要求,只对高出原结构声压响应的声压峰值进行了壁板贡献度分析,确定了贡献度最大的板,使后续的结构优化更有针对性.     

基于超材料结构的表面波滤波性能优化机理

声表面波(SAW)滤波器在现代生产生活与军事中有着广泛的应用。SAW滤波器制造成本比较高,成本与性能的性价比比较低。为了推动SAW滤波器的应用发展,需要进一步提升其性能。利用声学超材料结构设计新型SAW滤波器基片,可以有效提高SAW滤波器的滤波性能,并有效改善现有滤波器在带宽控制方面的问题。利用声学超材料设计了一种新的SAW滤波器基片。这种基片相较于现有产品,不仅成本比较低廉,在信号处理等性能方面也有比较大的优化。研究结果对SAW滤波器的应用和声表面波滤波性能的优化有着重要的意义,有很好的现实价值。     

三轴压缩下含瓦斯煤样破坏过程的声发射特性

为找到含瓦斯煤样破坏过程与声发射特性之间的关系,以曾经发生过煤与瓦斯突出事故且依然存在突出危险的煤样为研究对象,对其在饱和瓦斯、不同瓦斯压力和不同围压作用下的声发射特性进行研究。结果表明：含饱和瓦斯煤样随着破坏程度的加剧声发射事件振幅增多且增大,声发射事件撞击数呈增长趋势,声发射事件能量增加;随着瓦斯压力的增加,煤样破坏过程中的AE事件的幅值减小、AE事件撞击的总数减少、AE事件的平均能量降低;随着围压的增加,AE事件的幅值呈现减小、能量呈现上升、撞击数呈减少的趋势。该结论可以为预测煤与瓦斯突出提供参考。     

低频宽带超声显微镜的研制

叙述了１０～１００ＭＨｚ频段智能化声显微镜的研制工作。声显微镜由声镜、机械部件、电路和微机软硬件组成。由于其工作频率处于早期声显微镜和普通超声之间，无法简单采用已有电路。为此，采用新技术实现了两种电路。并从理论和实验两个方面分析、对比了单脉冲和脉冲调制两种信号源对声镜的激励特性。结果说明，对低频段声显微镜而言，单脉冲方案较佳。其结构简单，成本低，盲区小。应用研究表明，该机适用于多个工业领域，有广阔的应用前景。