《高速列車受電弓氣動噪聲仿生控制關鍵技術》是依託吉林大學，由張成春擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：高速列車受電弓氣動噪聲仿生控制關鍵技術
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：張成春
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目依據2011年度高鐵聯合基金環保及新技術研究項目指南的要求，針對高速列車受電弓氣動噪聲問題，從基礎研究與技術套用結合的角度，探索桿件的多元耦合仿生降噪基礎理論與技術，並初步用於受電弓的降噪設計。項目的主要內容和技術難點包括：短耳鴞跗跖覆羽及翅膀前緣結構仿生信息的提取、短耳鴞跗跖羽毛層仿生多孔降噪功能材料的研究、桿件噪聲多元耦合仿生控制機理、受電主要零部件仿生設計與設計原則以及受電弓總成仿生設計及氣動與聲學性能分析。項目的開展不僅豐富仿生學的內容，還為解決桿件的氣動噪聲問題提供新思路。從構形、表面形態及材料多元耦合仿生角度降低受電弓的氣動噪聲，對於我國急需獲得高速受電弓的低噪聲技術，具有積極的推動作用。
結題摘要
在低噪聲飛行生物的仿生學研究基礎上，本項目開展了桿件仿生流動控制降噪技術與機理的研究、仿生隔聲吸聲材料的研究，並在高速列車受電弓上開展了套用試驗。項目圓滿完成了申請書的所有研究任務，具體如下： (1)鴞類羽毛結構對其飛行噪聲的影響分析 本項目研究了鴞翼前緣鋸齒結構對長耳鴞撲翼飛行噪聲的影響。測試結果表明，去除翼前緣鋸齒結構後，在1/3倍頻程中心頻率200Hz及其以下的低頻段，長耳鴞撲翼飛行噪聲明顯增高，但在200Hz以上頻段沒有明顯的變化。 (2)桿件表面仿生功能結構降噪性能及機理研究 基於低噪聲飛行生物的仿生研究結論，在圓柱表面設計了鋸齒結構、V形凹環結構、波紋結構、O型環結構、螺紋箍條結構，在稜柱形桿件設計了鋸齒及鍵形孔結構，套用風洞試驗及數值模擬研究了其降噪性能，分析了其降噪機理。結果表明，不同仿生功能結構均可有效降低桿件氣動噪聲作用，在來流速度為14m/s時，桿件噪聲降低了9.4dB。仿生功能結構可阻止桿件後方分離剪下層在卷繞過程中形成大尺度渦，減弱隨機脈動造成渦團擴散的強度。 (3)仿生吸聲材料性能及機理研究 基於鴞皮膚和覆羽的多層次組織結構與形態特徵，建立了梯形棱紋表面，背襯空腔以及多層耦合仿生模型，製備了稻殼－聚氨酯仿生吸聲材料，測試了其吸聲隔聲性能。仿生耦合模型在0-2000Hz內的垂直入射平均吸聲係數達到0.778，200-2000Hz內達到0.85。低頻吸聲係數的顯著提高可歸功於微縫板和柔性微穿孔膜的Helmholtz效應，與多孔材料結合則導致寬頻段內吸聲係數的進一步提高。稻殼－聚氨酯仿生吸聲複合材料具有優異的吸聲隔聲性能，低頻段吸聲係數可達0.93。 (4)高速列車受電弓仿生流動控制降噪試驗及數值模擬 套用傳聲器陣列及數值模擬，對受電弓的聲學性能進行了評價，確定了氣動噪聲產生的主要部件為弓頭、弓角及支桿等，並對其進行了仿生改進設計。結果表明，來流速度U= 83.3m/s時，與原受電弓模型相比，改進後受電弓模型弓頭部位對氣流的擾動要明顯減小，在5個噪聲監測點處的總聲壓級分別降低了0.1、3.0、3.3、3.8和1.9dB。
