車輛高速行駛時,氣動噪聲是影響車內(nèi)舒適性的重要噪聲源,車身周圍的非定常流動是產(chǎn)生氣動噪聲的重要因素。一方面非定常流動產(chǎn)生流體壓力脈動直接作用到車身外表面,激勵車窗玻璃等振動,并向車內(nèi)輻射噪聲;另一方面非定常流動本身產(chǎn)生氣動噪聲,聲學壓力透過車窗玻璃和車身鈑金件向車內(nèi)直接傳遞噪聲。本文提出標度律概念,用于描述和區(qū)別車身周圍流體壓力與聲學壓力隨車速的變化規(guī)律,并對風洞試驗結(jié)果進行標度律分析。結(jié)果表明:在給定工況下,汽車氣動噪聲以偶極子聲源為主,車內(nèi)和遠場聲學壓力的幅值與速度的3次方成正比,而頻率與速度無關;前側(cè)窗表面流體壓力的幅值與速度的1.5次方成正比,頻率與速度成正比。 

【文章來源】：汽車工程. 2020,42(12)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

均衡湍流邊界層下壓力脈動頻譜[1]

式中:Tij=ρuiuj+pij-c2(ρ-ρ0)δij為Lighthill應力張量;c為聲速;ρ為密度;ui為xi方向的流體速度分量;vi為xi方向的表面速度分量;δ(f)為狄拉克函數(shù);pij為壓縮應力張量。上式等號右端第3項描述了運動物體表面排開體積產(chǎn)生的單極子聲源,單極子聲源屬于脈動質(zhì)量源,比如汽車進、排氣噪聲和泄漏噪聲。右端第2項描述了運動表面的偶極子聲源,偶極子聲源為硬質(zhì)壁面對臨近流體的非定常力產(chǎn)生的聲源,屬于脈動力源,可以看成是兩個單極子聲源,常見為車身尾部及附件的渦脫落產(chǎn)生的噪聲以及分離流動與車身相互作用產(chǎn)生的噪聲。右端第1項描述了運動表面外部區(qū)域中Lighthill應力產(chǎn)生的四極子聲源,四極子聲源為大小相同、方向相反的剪切應力產(chǎn)生的聲源,可以看成由兩個偶極子聲源組成,屬于脈動應力源,常見的為湍流剪切層產(chǎn)生的聲源。根據(jù)聲學相似理論,3種理想聲源的輻射聲強與速度的關系為

為了驗證標度律分析在汽車氣動噪聲領域的應用,本文中通過風洞試驗測量了與前側(cè)窗區(qū)域氣動噪聲相關的重要評價指標,包括:遠場聲壓、車內(nèi)聲壓、前側(cè)窗表面流體壓力脈動。本次試驗是在整車氣動聲學風洞中完成的,該風洞最大風速為250 km/h, 試驗時風洞為聲學測量狀態(tài),空風洞在140 km/h時的背景噪聲小于58 dB(A),可以有效保證聲學測量的精度,試驗測量對象為某款實車,試驗中采用的基礎工況為:風速為120 km/h,偏航角為0°。除此之外,還進行了雷諾數(shù)掃略,試驗中雷諾數(shù)的變化是通過改變風速實現(xiàn)的,雷諾數(shù)掃略對應的風速掃略范圍為:80、100、120和140 km/h。試驗測點的布置如圖3所示。在前側(cè)窗外表面不同位置布置了3個表面?zhèn)髀暺?用于測量前側(cè)窗表面的流體壓力脈動,如圖3所示,前側(cè)窗表面的表面?zhèn)髀暺鞯牟贾梦恢眉骖櫫司哂写硇缘牟煌瑓^(qū)域,在主駕耳側(cè)位置布置人工頭,用于采集車內(nèi)聲學腔的聲壓信號,后續(xù)分析中使用人工頭外耳測量數(shù)據(jù)展開。試驗中在車身左側(cè),距車身中截面6 m、高度為1.2 m的位置布置了自由場傳聲器,用于采集遠場輻射聲壓。本次試驗中使用表面?zhèn)髀暺鳒y量前側(cè)窗表面的壓力脈動,由于聲學壓力的幅值遠小于流體壓力,表面?zhèn)髀暺鞯臏y量結(jié)果可以近似為流體壓力,聲學壓力完全淹沒在流體壓力中。圖4(a)和圖5(a)顯示了車內(nèi)駕駛員外耳聲壓級和遠場聲壓級的頻譜曲線(SPL～f)與風速的關系。由圖可見,風速基本不會改變聲壓級頻譜曲線的形狀,而只是改變了頻譜曲線的位置。其中,無論車內(nèi)還是遠場聲學壓力脈動僅幅值隨風速的增大而增大,其頻率與風速無關。


本文編號：3372270