高速列車脈動壓力及車內氣動噪聲的預測與控制

《高速列車脈動壓力及車內氣動噪聲的預測與控制》是依託中南大學，由肖友剛擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高速列車脈動壓力及車內氣動噪聲的預測與控制
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：肖友剛
• 依託單位：中南大學

項目摘要

列車高速化過程中，帶來的噪聲顯著增大。噪聲過大會損害乘員的聽力，甚至引起神經系統、心血管系統等方面的疾病。本項目通過建立高速列車表面脈動壓力的數值計算模型，研究預測高速列車表面脈動壓力分布的高效數值計算方法，揭示高速列車表面脈動壓力的分布規律；綜合套用邊界元法及統計能量法，建立高速列車車內氣動噪聲的數值仿真模型，得出脈動壓力引發的車內氣動噪聲的頻譜特性及聲功率，形成高速列車氣動噪聲的預測方法，得出列車運行速度、關鍵結構參數對氣動噪聲的影響規律，形成低氣動噪聲高速列車流線型車體設計理論，及車內氣動噪聲的控制方法。項目的實施將為改善高速列車乘坐舒適性，提供技術支持。

結題摘要

控制高速列車噪聲是實現高速鐵路可持續協調發展的必然要求。項目以控制高速列車的氣動噪聲為目標，對高速列車的脈動壓力、氣動噪聲等問題進行深入研究。 採用LES法對車頭曲面的脈動壓力進行了數值計算，得出了脈動壓力的分布特性：在流場中某點處產生的脈動壓力主要影響該處本地，對其餘點的影響作用隨著距離的增加而迅速減弱；脈動壓力的頻帶很寬，無明顯的主頻率。各點脈動壓力的頻譜在低頻時幅值較大，隨著頻率增加，幅值以負指數規律持續下降。脈動壓力1/3倍頻程頻譜的主要能量集中在20Hz-500Hz頻率範圍內，隨著列車運行速度提高，頻譜的主要能量範圍有向高頻移動的趨勢。 採用聲學模擬理論計算了高速列車流線型頭部、縱向對稱面的氣動噪聲，對高速列車的縱向對稱面型線、車頭曲面、車輛連線處外形進行了組合最佳化。採用三維LES法和聲模擬方法計算了截面為矩形、圓形、橢圓形時受電弓絕緣子的氣動噪聲。從這一系列的研究中得出了如下結論：氣動噪聲在很寬的頻帶記憶體在，是一種寬頻噪聲。在低頻時，聲壓幅值較大，隨著頻率升高，幅值下降。當來流速度一定時，距離氣動噪聲源越遠，總聲壓級越低，但總聲壓級的衰減幅度卻減少。當來流速度增加，距離發聲點越遠，總聲壓級的增幅越小。減少車輛連線處的稜角，將列車外形設計成內凹形，能有效降低氣動噪聲。將絕緣子截面設計成橢圓形，且橢圓長軸跟氣流流向一致，或加大受電弓零部件尺寸，減少受電弓零部件的數量，是降低受電弓氣動噪聲的有效途徑。 建立了高速列車司機室氣動噪聲計算的邊界元及統計能量分析模型，對氣流擾動引起的司機室內氣動噪聲進行了仿真分析，得出了司機室內的平均A聲級。制訂了修改司機室內飾和增加司機室前窗玻璃厚度兩種降噪方案。得出了如下結論：在25 Hz -500 Hz之間的區域，司機室內的聲壓幅值都較大，說明司機室內的氣動噪聲主要是中、低頻噪聲。縱向中截面型線附近的場點聲壓級都較大，說明中截面型線對氣流的擾動較嚴重，在滿足使用要求的前提下，對中截面型線進行低噪聲最佳化設計，可降低司機室內的氣動噪聲。在車頂曲面原有內飾層的基礎上，加0.01米厚、損耗因子為0.5的夾板，司機室前上部聲腔和後上部聲腔的總聲級分別降低了1.23dBA和1.24dBA。司機室前窗玻璃厚度由4mm增加到5mm，前上部聲腔和後上部聲腔的總聲級分別降低了0.87dBA、0.76dBA。