高速列车受电弓气动噪声频谱分析

受电弓是高速列车上主要的气动噪声源,而受电弓气动噪声又是宽频噪声,其气动噪声的声压级和频率可能达到多大的水平目前还没有定论。利用斯特劳哈尔数和圆柱绕流数值计算,依据受电弓杆件最小直径估算了其峰值计算频率。基于Lighthill声类比理论的混合方法,计算分析了某高速列车受电弓的表面偶极子声源大小及分布,并以此为基础,计算了受电弓的远场气动噪声。计算结果表明:支撑滑板、转轴是受电弓的主要气动噪声源;随列车运行速度的提高,受电弓远场气动噪声增大,最大声压级所对应的频率值增大;受电弓宽频噪声的高声压级频段持续到接近3000Hz,与车体的气动噪声相比,其高声压级持续的频段更宽。     

高速列车受电弓气动噪声特性研究

为研究高速列车受电弓气动噪声特性,利用大涡模拟方法计算高速列车受电弓表面脉动压力,并将其作为远场声场计算输入;利用Lighthill声学比拟理论计算高速列车受电弓远场气动噪声,并研究其声压级特性、频谱特性及速度依赖规律。计算结果表明:高速列车受电弓气动噪声的声压级在纵向方向上变化较大,最大声压级位于受电弓后方横截面上;声压级在距轨面0.5~5.0 m的垂向方向上变化较小,最大差异在0.5 d B以内;声压级在距轨道中心线7.5~30 m的横向方向上发生衰减,且不同车速下声压级衰减12.0~12.3 d B。通过频谱分析发现,受电弓气动噪声的主要能量分布在100~700 Hz,主要频率随车速增加往高频部分移动;受电弓气动噪声的功率谱密度随测点距轨道中心线距离的增加显著减小,但其主要频率基本不发生变化。受电弓气动噪声声压级随着车速的增加而显著增大,且与车速的对数近似成线性关系。     

高速列车气动噪声及影响

以Lighthill声类比理论为基础,采用计算流体力学的方法得出列车高速运行时车体表面的偶极子声源分布数据,在此基础上采用边界元法求解得到高速列车通过时周边气动噪声的分布情况,对铁路沿线气动噪声的分布规律进行探讨,得出偶极子声源的辐射规律,并分析声屏障对铁路边界气动噪声传播规律的影响及其对沿线噪声的抑制作用。     

高速列车受电弓气动噪声降噪

基于Lighthill声学理论,采用宽频带噪声源模型、大涡模拟和Ffowcs Williams-Hawkings声学模型对某型高速列车气动噪声进行数值模拟,建立3节编组高速列车整车气动噪声模型,分析该型高速列车的主要气动噪声声源及远场气动噪声特性,并以受电弓为主要气动噪声源进行降噪研究,主要考虑受电弓的开/闭口方式、不同受电弓导流罩结构、受电弓导流罩不同安装位置等主要噪声源部位处的低噪声设计。基于以上分析,得到低噪声的高速列车受电弓结构,较原始高速列车其最大声压级减小3.1 dBA,达到低噪声设计目标。且通过风洞试验验证了所提出的高速列车气动噪声计算方法的有效性和正确性。     

高速列车受电弓区车内噪声研究与控制

针对高速列车受电弓区噪声相对较高的问题,提出受电弓减振安装方案,并在模拟实车环境下验证了其降噪效果和可靠性。首先,在某高速列车上进行了线路运行条件下受电弓区振动和噪声测试,分析发现结构振动是该区域噪声传播的重要方式,设计了一种独特的锥形椭圆结构减振座,用于受电弓弹性安装;其次,搭建了模拟现车试验台,验证减振座的降噪效果;最后,进行了总计252万次的疲劳试验以验证减振座的可靠性。试验结果表明,该减振座能够有效减小受电弓振动对车体的激励,从而降低该区域的噪声,降噪效果约为4dB(A),其疲劳可靠性能够满足线路运行要求。     

高速列车轮对气动噪声特性分析

高速列车轮对位于转向架舱外部分直接受到来流冲击,产生较大气动噪声。运用涡声理论和声比拟方法,基于列车单轮对和串列双轮对简化模型,计算分析轮对周围流动与气动噪声特性。结果表明:单轮对工况下轮对周围流动分离与流体相互作用使得车轴尾流内产生了规则的交替涡脱落以及车轮尾流内形成了不同尺度的不规则涡;轮对近场四极子噪声中,体偶极子声源为主要声源,体四极子声源相对较弱;远场气动噪声预测与声学风洞测试结果吻合良好,轮对表面压力脉动诱发的面偶极子噪声为主要声源;轮对远场辐射噪声的主频和第一谐频值分别对应于轮对升力和阻力主频,第一谐频值为主频值两倍;与车轮相比,车轴部位产生的气动噪声较高;轮对声辐射指向性为垂向偶极子形状,旋转效应使得轮对噪声级幅值比静止轮对增加约2 dB。双轮对工况下,前轮对流场以及气动噪声特性与单轮对工况相似,后轮对在前轮对尾流作用下,气动噪声辐射频带加宽,强度减弱,指向呈多向性。     

基于统计能量分析的车内中高频噪声分析与优化

为了降低驾驶员头部声腔噪声,基于统计能量分析(Statistical Energy Analysis,SEA)原理,将汽车划分为79个结构子系统和8个声腔子系统。采用导纳法对复杂结构子系统的模态密度进行仿真,利用稳态能量流方法计算得到复杂结构的内损耗因子,计算了子系统间的耦合损耗因子。试验测量了动力总成振动和路面随机输入对车身的激励,测试了发动机舱声激励,建立了轿车的CFD模型,对车外风激励进行了仿真。在上述研究工作的基础上建立SEA分析模型,分析预测了驾驶员头部的噪声,通过试验对比,验证了统计能量分析模型的准确性。据此提出降低头部声腔噪声的3种措施并对比,得出最有效的噪声控制措施。     

高速列车转向架区气动噪声分离研究

高速列车转向架区的噪声包含气动噪声、轮轨噪声和设备（结构）噪声,为了将这几种噪声进行分离,将工况传递路径分析（operational transfer path analysis,简称OTPA）技术用于转向架区气动噪声分离。低速运行工况,转向架区的噪声主要是轮轨噪声和由电机、轴箱、齿轮箱等动力设备产生的结构噪声,气动噪声很小可以忽略不计,通过低速运行工况的传递路径分析可以得到轮轨声和结构声路径的传递函数;高速运行工况,转向架区目标点的噪声是3种噪声贡献叠加的结果,在假定轮轨噪声和结构噪声传递函数不随速度变化的前提下,用低速运行工况下的传递函数可以求得轮轨噪声和结构噪声的贡献量,与目标点总值比较,差异部分即为气动噪声的贡献量。分离结果表明,气动噪声占主导的速度转折点出现在200 km/h,350 km/h速度级下气动噪声的贡献量达到60%,轮轨噪声的贡献量约为30%,仍不可忽略。     

高速列车转向架区气动噪声分离研究

提出了一种基于快速路径优化的自适应短时傅里叶变换时频分析方法,并将该方法用于行星齿轮箱的故障诊断。该时频分析方法通过使用快速路径优化获得瞬时频率变化规律,在短时傅里叶变换过程中自适应的改变时窗长度,从而获得更恰当的时频分辨率。针对行星齿轮箱运行状态不稳定的特点,通过使用笔者提出的时频分析方法可以有效地提取出行星齿轮箱的转速信息,利用参考转速对故障信号角度域重采样和阶次分析,从而实现变转速情况下的行星齿轮箱故障诊断。仿真分析表明,与传统短时傅里叶变换相比基于快速路径优化的自适应短时傅里叶变换得到的时频分布能量更加集中;试验分析证明了基于快速路径优化的自适应短时傅里叶变换方法在行星齿轮箱故障诊断中的有效性。     

高速列车转向架区气动噪声分离研究

高速列车转向架区的噪声包含气动噪声、轮轨噪声和设备(结构)噪声,为了将这几种噪声进行分离,将工况传递路径分析(operational transfer path analysis,简称OTPA)技术用于转向架区气动噪声分离。低速运行工况,转向架区的噪声主要是轮轨噪声和由电机、轴箱、齿轮箱等动力设备产生的结构噪声,气动噪声很小可以忽略不计,通过低速运行工况的传递路径分析可以得到轮轨声和结构声路径的传递函数;高速运行工况,转向架区目标点的噪声是3种噪声贡献叠加的结果,在假定轮轨噪声和结构噪声传递函数不随速度变化的前提下,用低速运行工况下的传递函数可以求得轮轨噪声和结构噪声的贡献量,与目标点总值比较,差异部分即为气动噪声的贡献量。分离结果表明,气动噪声占主导的速度转折点出现在200km/h,350km/h速度级下气动噪声的贡献量达到60%,轮轨噪声的贡献量约为30%,仍不可忽略。     

基于心理声学的高速列车车内噪声预测及选材方法

为改善高速列车车内声场环境,优选出最佳的车体结构选材方案,以高速列车车顶结构为研究对象,将车顶隔声性能、客室内噪声以及心理声学三者联系起来,提出了基于心理声学的高速列车车内噪声预测及选材方法,并得出结论:基于心理声学客观参量的车内噪声评价方法相比于A声级能够更为合理地体现人耳的主观感受,并以此为基础确定出最佳的车顶结构选材方案;将车顶结构中的玻璃棉替换成岩棉后,结构计权隔声量提高1.3 d B,车内A计权声压级总值差异只有0.01 d BA,总响度和总噪度却发生恶化分别提高了1~1.5 sone和1~2 Noy;将5 mm隔音垫调至靠近车外一侧,结构计权隔声量提高1.4 d B,而车内A计权声压级总值车内A计权声压级总值差异0.1 d BA左右,而总响度、总噪度总值也发生恶化分别提高了3~5 sone和2~3 Noy。所提出的研究和评价方法对于高速列车车内噪声预测及车体结构的选材具有工程实用性和借鉴意义。     

高速列车集电部的气动噪声研究

针对铁路提速后高速列车集电部气动噪声过大的问题,在集电部引入导流罩,应用Fluent对不同速度下含导流罩及不含导流罩的外流场和气动噪声分别进行数值模拟和分析。计算结果表明,引入导流罩后集电部的气动噪声有明显降低,集电部产生的气动噪声以偶极子声源为主。     

高速列车受电弓导流罩气动噪声特性分析

针对高速列车受电弓区域气动噪声问题,采用大涡模拟和FW-H声学模型重点对列车在250 km/h、350 km/h运行时受电弓导流罩气动噪声进行数值模拟,建立了车体+受电弓导流罩的计算模型,分析导流罩表面偶极子声源分布和气动噪声频谱特性。研究结果表明：350 km/h下导流罩表面气动噪声整体大于250 km/h;两种速度下导流罩表面偶极子声源分布规律在频域表现一致：在高频阶段声压级明显低于低频阶段,5 000 Hz下最大声压级仅为20 Hz下的40%;导流罩表面最大声压级都诱发于凹腔与后引导面的过渡处,20 Hz下分别可达136 dB、143 dB。此外,导流罩近场和远场气动噪声频谱曲线相似,均是一种宽频噪声,且能量主要集中在150～950 Hz,对后续更高速级列车受电弓导流罩降噪结构设计和隔声材料的选取有一定实际参考意义。     

轿车车内噪声统计能量仿真与降噪方法研究

对于受高频、宽频带随机激励的复杂车辆结构动力学响应及其噪声辐射问题,传统的计算方法难以获得满意结果.采用统计能量分析(SEA)方法对某国产轿车的车内声场进行了建模、仿真研究和声贡献分析,并以此为基础进行了车内噪声的改进设计,分别讨论了地板阻尼层、侧窗玻璃厚度和吸声材料对车内噪声的影响.通过计算各个子系统闻的能量流动,分析车内噪声的产生机理,讨论了不同吸、隔声材料对车内噪声响应特性的影响,研究结果可为车内声学设计提供参考.     

高速列车头车气动噪声的控制方法研究

提出了高速列车头车远场气动噪声的改进方案,并进行了仿真研究。首先完成了9组不同车头形状的全尺寸头车模型和流场流域的创建,并通过k-ε湍流模型计算稳态流场;其次在稳态流场的基础上,采用宽频带噪声模型计算了头车表面的气动噪声源;利用大涡模拟(LES)方法计算瞬态流场,进而获取车身外表面的压力;再基于瞬态流场,采用Lighthill声比拟理论研究了头车的远场气动噪声的计算。最后,将不同形状头车的气动噪声的仿真分析结果相对比,验证改进方法的可行性。这里的研究,将对高速列车噪声的有效控制提供一定的技术支持,有着较重要的科学意义和实际研究价值。     

隧道内高速列车车内噪声特性及声源识别试验分析

与明线运行相比,隧道内的高速列车车内噪声将明显增加。通过线路试验,对我国某型高速列车以160～350 km/h速度在明线和隧道运行时的车内振动噪声进行测试分析。掌握两种线路下的车内振动和噪声、车身表面气动噪声、转向架区域振动和噪声特性及其随速度的变化规律;采用50通道球形声阵列,识别两种线路下的车内主要噪声源,并分析噪声源的车内区域贡献率,进而在此基础上研究两种线路下的车内声振传递特性。结果表明,两种线路下车内噪声频谱差异主要体现在315～2 000 Hz,各测点不同线路的声压级差值与运行速度相关性较小,车内噪声受轮轨噪声激励影响相对明显。对于客室中部,列车350 km/h匀速运行时,隧道段列车顶板和客室后方贡献率分别增加4.0%和3.0%,地板贡献率降低8.6%,差异频段主要体现在63～160 Hz。对于侧墙区域,明线段车内低频噪声主要来自侧墙的振动,而在隧道时,车内低频噪声则主要来自于侧墙车身表面的气动激励。客室内噪声总值和频谱分布的差异在隧道运行情况下会减小,现有更关注客室端部噪声控制的传统认识,在列车隧道运行下,需要同样重要地关注和对待客室中部区域。     

不同形式风挡的高速列车气动噪声数值模拟研究

为了研究不同形式风挡的高速列车在明线运行时的气动噪声,给3辆编组的高速列车模型分别配备3种不同形式的风挡（仅具内风挡、内风挡+半开放式外风挡、内风挡+全封闭式外风挡）,运用大涡模拟的方法,对流场进行瞬态计算并获得列车表面动态压力,经傅里叶变换后,对整车及风挡局部的偶极子声源进行频谱分析。研究表明,不同速度下的高速列车表面统计平均A计权声压级频谱曲线基本平行,声压级随着高速列车运行速度的提高而增加,其高频段和低频段声压级较小,在200～1000 Hz之间较高,形成了一个宽频段;与整车表面相比,风挡局部表面偶极子声源的平均A计权声压级明显更高,低频段增加也非常明显,宽频区域也更大,说明风挡局部是全车主要噪声来源之一;3种风挡局部噪声由大到小顺序为：仅具内风挡>内风挡+半开放式外风挡>内风挡+全封闭式外风挡,即内风挡+全封闭式外风挡的降噪效果最好。     

CRH380A型高速列车远场气动噪声计算分析

随着运行速度的提高,高速列车的通过噪声显著增加,由于气动噪声与列车运行速度的4~8次方成正比,气动噪声有可能成为高速列车的主要噪声源。基于Lighthill声类比理论的混合方法,结合完美匹配层边界条件和高阶单元,利用有限元法对CRH380A型高速列车远场气动噪声特性进行了计算分析,得到了列车远场噪声的分布情况、影响区域和传播方向。结果表明:高速列车表面偶极子噪声源由车身向列车四周辐射,随着距车身距离的增加,辐射噪声不断衰减;随着频率的增加,高速列车周围各处噪声均下降,高声压级噪声的区域缩小,声压级分布渐趋于均匀;列车运行速度为300km/h时,标准测点处的噪声时域等效声压级为87.11dB,与实验实测值接近;不同运行速度下,标准测点处的噪声在很宽的频带内存在;随着运行速度的增加,标准测点处噪声声压级在频域和时域内都增加。     

低温环境下高速列车车内噪声问题及控制方案

对低温环境下(-30℃)的250km/h高速列车车内客室端部噪声进行测试,深入分析了运行环境温度对车内噪声的影响。通过对比夏季、冬季两种季节因素,掌握了不同环境下高速列车的车内振动噪声特性、车下声源特性和声振传递路径,研究了低温环境下的高速列车减振降噪技术,以提高低温环境下高速列车的车内噪声性能。研究结果表明,车内客室端部噪声异常问题是由于受到列车250km/h匀速运行时的过枕垮频率激励,而冬季运行时转向架区域减振性能下降,使得该频率更容易传递至车内所致,并激发车内客室空腔的声学模态。通过从传递路径上进行控制,使用一种金属减振器代替原有地板的支撑结构,优化车体内地板和外地板之间的弹性支撑,能够有效改善低温环境下高速列车车内客室端部异常噪声问题。     

高速列车车内客室端部噪声分布特性与声学模态分析

基于现场测试,对高速列车车内客室端部噪声分布特性进行分析研究。结合车内、车下振动分析和车内空腔声学模态计算,明确车内客室端部噪声分布的形成机理,在此基础上提出高速列车车内客室端部噪声问题的改善建议。研究结果表明,高速列车车内客室端部靠窗位置和过道位置的横向距离为1.2~1.7 m,但靠窗位置的噪声却比过道位置大8 dB(A)左右。车内的噪声和车内、车下的振动加速度在111 Hz附近均存在显著的峰值,这个频率正是列车在250 km/h运行速度下的过枕跨参数激振频率。车内空腔声学模态在111 Hz附近基本上表现为横向两侧大、中间小的状态。车体系统的结构振动和车内声学空腔存在相互耦合的关系,最终导致车内客室端部出现这种特殊的噪声分布。相关研究结果可为研究消除或降低高速列车车内异常噪声的措施提供参考。