传感器尺寸对高速列车空气动力学测试影响

列车线路试验是研究高速列车气动性能最直接的方法,通常用微型超薄气压传感器测试列车表面压力,然而传感器自身尺寸会对测点处流场产生影响,导致测试结果不准确。针对这一长期被忽略的问题,分别建立单独列车模型和含传感器的列车模型,采用大涡数值模拟方法计算两种模型测点处的表面压力,利用希尔伯特-黄变换提取脉动压力;分析由于传感器自身尺寸带来的平均压力和脉动压力的测量误差,并建立与运行速度的幂函数关系。结果表明:由于传感器自身尺寸影响,测点处平均压力的测量误差绝对值近似与运行速度呈二次函数,脉动压力级改变幅值与速度的三次方呈正比关系,各速度级下总脉动压力级改变幅值几乎相等。将结论用于修正线路试验测试数据,为高速列车气动性能研究提供更准确的数据。     

脉动压力测试传感器模拟及振动干扰机理分析

微压阻式传感器在高速动车组脉动压力测试中由于压力幅值低、振动冲击等干扰大,导致测试信号信噪比低,难以有效提取出脉动压力。通过分析微压阻式传感器信号测试过程及结构受力原理,采用结构-电耦合有限元方法建立了一种梁膜岛式的传感器模型,能有效提高传感器的灵敏度;通过振动信号对传感器模型进行激扰,得到传感器模型的振动干扰输出;通过密闭模型车体振动试验,利用EMD分解得出传感器的振动气压总输出,分离出传感器振动干扰,即可得到车体振动引起的流场脉动压力;通过CFD软件建立车体模型,加载相同振动干扰得到流场脉动压力进行验证。结果表明:两种方法提取出的脉动压力趋势及幅值一致,证明了振动干扰机理分析的正确性,并为脉动压力提取提供了理论指导。     

高速列车脉动压力的大涡模拟及小波分解

高速列车表面脉动压力是引起气动噪声的主要根源,研究车体表面脉动压力对噪声控制等方面有重要意义。采用大涡模拟(LES)仿真计算高速列车运行时头车和尾车外流场的脉动压力,利用二进正交db小波将脉动压力分解为能量互不重叠的正交频带,并分析脉动压力在各频带上的能量分布规律。数值仿真结果表明:列车表面脉动压力由平均压力和在平均压力附近上下波动的脉动部分组成,脉动压力在全频带均有分布,且主要集中在低频区域;随着列车运行速度的提高,车体表面脉动压力幅值迅速增大,主要能量向高频区域移动;头车、尾车脉动压力变化趋势相似,且头车脉动压力大于尾车脉动压力。     

基于Fluent的高速列车气流噪声数值模拟

研究表明车辆气流噪声主要取决于车辆表面的脉动压力,因此研究车辆表面的脉动压力对控制车辆气流噪声具有十分重要的意义。以高速列车为研究对象,基于大涡模拟,结合Fluent声学模块,计算出高速列车表面的脉动压力;并通过快速傅里叶变换将高速列车表面脉动压力从时域转换到频域,从而得到高速列车脉动压力频谱图,通过分析频谱图,可以得到高速列车脉动压力的能量集中范围以及车身曲率对气流噪声的影响等一些重要特性,为降低车辆气流噪声提供参考。     

动车组模型表面脉动压力的提取方法研究

列车表面脉动压力是引发列车气动噪声的主要来源,高速列车表面压力测试过程中,难于有效提取出脉动压力,为此,设计了动车组模型表面压力试验测试系统:利用LabVIEW编写数据采集和输出程序以及PID控制程序完成风速控制系统的设计,利用数据采集卡、离心通风机、有机玻璃风道以及动车组模型等完成压力测试系统的设计;提出利用EEMD分解和重构提取出不同速度级下测点处的脉动压力,并得到不同速度级下的脉动压力级波动范围和波动幅度。研究结果表明:该系统可有效测量出动车组模型表面压力;通过提取出不同速度级下的脉动压力,可以看出,随着速度的增大,脉动压力增加;建立的总脉动压力级与速度的关系可为列车的结构设计和减振降噪提供理论指导。     

测量流体传输管道内压力脉动的新方法

流体传输管道内的压力脉动反映了流体动态流动的基本特性。准确可靠地测量压力脉动,对流体脉动的理论和试验研究都是非常重要的。本文介绍了作者近年来采用的管内压力脉动测试的新方法及应用实例,如无损管壁测压装置、计算机在线检测和处理等先进技术的应用。     

基于小波阈值的动车组模型脉动压力提取方法研究

研究表明脉动压力是引起气动噪声的主要根源,因此动车组减振降噪要先探究其表面脉动压力。针对微压阻式压力传感器特性及动车组模型试验环境建立了传感器输出模型;利用小波阈值方法进行降噪,通过尺度系数与原始信号的相关性来确定分解层数,根据3σ准则进行小波分解的阈值选取;根据相关系数分离出振动压力和风机噪声压力,最终提取出脉动压力,并利用脉动压力对测点处气动噪声进行预测。研究表明:提取出的脉动压力所预测的气动噪声和传声器所测的噪声变化趋势基本一致,转折频率都为120 Hz,验证了该脉动压力提取方法的正确性,为后续高速动车组压力测量以及减振降噪的研究提供了参考。     

基于统计能量分析的高速列车车内气动噪声研究

为研究高速列车车内气动噪声特性,利用统计能量分析方法构建包括422个车体结构子系统及170个车内声腔子系统的高速列车车内气动噪声计算模型。通过理论公式计算各个子系统的模态密度和内损耗因子,以及不同子系统之间的耦合损耗因子,通过大涡模拟方法计算各个车体结构子系统的湍流边界层输入激励,进而计算分析高速列车车内气动噪声。计算结果表明:各个车体结构子系统的脉动压力谱随着频率的增加呈现减小的趋势。随着车速的增加,各个频率下的高速列车车内气动噪声均增大。高速列车车内气动噪声的线性计权声压级具有明显的低频特性,而A计权声压级的显著频带范围较宽。司机室声腔A计权声压级的显著频带范围是100~2 000 Hz,乘客室声腔A计权声压级的显著频带范围是50~2 000 Hz。高速列车车内气动噪声的线性计权声压级和A计权声压级均与车速的对数近似呈线性关系。     

新型测压装置

由航空工业部611研究所与扬州无线电二厂联合研制的卡式无损伤压力传感测试系统,于85年12月26日在扬州通过技术鉴定,并投入小批量生产。此系统由YE5960差动式数字压力测试仪和YE14204型卡式无损测压传感器所组成。该系统采用“管壁测压法”的原理,从而打破了传统的测压方法,使系统具有以下的特点: 1、采用卡式传感器在管外测压,这样能保持管内流场,能真实测得管内压力和静、动态特     

高速动车组隧道运行车体和设备舱压力研究

高速动车组进入隧道运行,动车组前方会形成压缩波和膨胀波,导致动车组的车体和车下设备舱受到比明线运行更大更复杂的压力负载,影响高速动车组运行的安全性和稳定性。高速动车组的车体和车下设备舱结构设计,需要预知高速动车组进入隧道运行工况下车体和设备舱的最大压力负载。本文基于350km/h高速动车组3辆编组简化三维计算模型,仿真计算350km/h高速动车组进入隧道运行工况,高速动车组车体和车下设备舱外表面的压力分布。研究350km/h高速动车组进入隧道运行工况,高速动车组车体和车下设备舱外表面的压力变化和最大压力负载。研究结论为:350km/h高速动车组进入隧道运行,车头前端外表面最大压力为7567Pa,设备舱前端板外表面最大压力为-5569.4Pa,设备舱裙板外表面最大压力为-5690.1Pa,设备舱底板外表面最大压力为-6590.7Pa。