350km·h^-1高速列车噪声机理、声源识别及控制

为了考察350km·h^-1高速列车在运行状态下的车外噪声水平、主要声源及其源强分布特性,根据国内外高速列车噪声理论和试验研究经验,在列车和线路状况满足ISO3095--2005标准相关要求的前提下,在京津城际铁路选取现场测试工点,采用多通道阵列式噪声数据采集分析系统,对京津城际铁路高速列车噪声进行现场测试。测试数据分析结果表明：350km·h^-1高速列车车外辐射噪声的主要声源为轮轨接触部位、转向架、受电弓及其底座以及车辆连接处的气动噪声;对车辆上不同位置测得的声暴露级按大小排序,前4名的依次为头车轮轨接触位置、第2节车辆受电弓位置、第2节车辆的轮轨接触位置、头车和第2节车辆上部的气动噪声。由此提出350km·h^-1高速列车噪声的控制策略及措施。     

CIT500车外噪声源频谱分解模型的试验研究

通过对CIT500试验列车200~350km/h速度级车外噪声源图谱试验研究,获得高速列车的辐射噪声、表面噪声源图谱与其运行速度的依赖关系,发现转向架区域噪声与运行速度3次方成正比,以轮轨噪声为主;车头、风挡、受电弓区域噪声与运行速度6次方成正比,以气动噪声为主;气动噪声与轮轨噪声均为中低频宽频噪声,具有较大混叠区,但是气动噪声更趋向低频;车外总噪声源频谱谱型具有双峰特点,类似两条抛物线叠加,左抛物线表征气动噪声频谱谱型,右抛物线表征轮轨噪声频谱谱型。进而从声源性质出发,通过声源频谱分析和声学相似讨论,构建车外噪声源频谱分解经验模型,比较准确反映车外噪声源成分随运行速度的变化规律。车外噪声源频谱分解经验模型有助于精确认识我国高速列车噪声源结构和发声机理。     

高速列车气动噪声源特性研究

本文建立包括头车、尾车、中间车、受电弓、6个转向架在内的CRH3高速列车整车三维绕流流动的物理数学模型,用Fluent软件内大涡模型数值计算外部瞬态流场,得到时域Lighthill声源项,对时域声源项进行傅利叶变换得到频域声源项,用有限元-无限元法计算高速列车车头及转向架、受电弓、车尾及转向架附近的气动噪声,得到高速列车主要气动噪声源的声压分布及特点。计算结果表明:受电弓弓头部附近气动噪声最大,而且具有更多高频噪声,300km/h速度运行时其总声压级为156.3dB,受电弓底座也具有很高的声压级,并且具有较多的低频噪声;在车头及第一个转向架附近,转向架区域噪声明显高于车头鼻尖处,其总声压级分别为135.3dB和129.7dB;在车尾及最后一个转向架附近,车尾部噪声大于转向架区域噪声;总气动噪声声压级按受电弓滑板、受电弓底座、车尾部、第一个转向架、车头部逐次降低。通过与现有文献的对比分析,证明了本文计算结果的正确性。     

高速铁路轮轨滚动噪声预测计算模型研究

基于我国高速铁路噪声源定量化识别分析结果,研究不同速度条件下动车组主要噪声源分布及变化规律,发现列车高速运行时轮轨噪声和气动噪声均为主要噪声源,且2种声源存在严重混叠,既有测试技术无法有效区分。针对既有轮轨噪声计算时声源过度简化问题,利用1∶1全尺寸高速轮轨滚动试验台开展从100 km/h提速至350 km/h的滚动噪声试验,研究纯轮轨激励条件下声辐射特性,构建反映轮对运动轨迹、相干声源特性的轮轨滚动噪声预测模型。现场试验表明,模型预测值和现场实测值在关键频带一致,列车通过等效连续A声级的预测值和实测值之差小于0.5 dB(A),模型精度良好。     

基于射流的高速列车受电弓空腔气动噪声降噪方法

随着列车速度的提升,气动噪声问题愈发突出,而受电弓引发的气动噪声占有较高比例,因此提出一种射流主动降噪方法。通过建立3节车编组的整车模型,采取定常SSTk-w湍流模型和宽频带噪声模型进行仿真,分析高速列车受电弓气动噪声声源及流场特性;基于LES和FW-H声学比拟理论分析研究气动噪声特性。数值计算结果表明,顺向射流降噪效果显著,逆向射流降噪效果不明显。在列车速度350km/h下,施加顺向射流的标准监测点平均总声压级降幅达6.04d B,数值算例结果验证了本文提出的射流主动降噪的有效性。     

明线上与隧道内高速列车流场结构及气动噪声源

基于成熟的明线上高速列车气动噪声计算模型和可压缩大涡模型,考虑声学无反射边界条件,利用计算流体力学软件Fluent建立无限长隧道内高速列车气动噪声计算模型,对比分析高速列车在明线上与隧道内运行时的流场组织结构和气动噪声源。结果表明:高速列车在明线上与隧道内运行时具有类似的流场结构和气动噪声源分布规律,但隧道内的流场结构尺度与强度、气动噪声源强度均比明线上大;车速为350 km·h-1时,隧道内头车排障器尖点扰动区的速度幅值约为明线上的1.2倍,列车尾流区长度约为明线上的1.7倍,整车、1位转向架、头车流线型车底及中间车上部的等效声源声功率分别约为明线上的3.2倍、1.6倍、2.7倍和4.2倍;隧道内活塞效应并不是在全频率范围增加等效声源声功率,而是在包含峰值频率较狭窄的频率范围显著地增加等效声源声功率。     

受电弓安放位置与导流罩嵌入车体高低的气动噪声特性

为研究高速列车受电弓安放位置和受电弓导流罩嵌入车体高低对气动噪声的影响,基于计算声学理论,建立高速列车气动噪声模型。高速列车模型采用四节编组,包括头车、两节中间车和尾车。受电弓分别安放于02车一位端、02车二位端和03车一位端,并考虑受电弓的开/闭口方式。研究结果表明:沿列车长度方向,受电弓分别安放在02车一位端、02车二位端、03车一位端的受电弓导流罩区域的气动噪声最大声压级呈减少趋势,且这种减小趋势与受电弓开闭口方式无关;受电弓导流罩安放在同一位置时,受电弓以闭口方式运行的受电弓导流罩区域声压级均小于开口方式,最大声压级相差1.1 dBA;采用dlz3模型(受电弓导流罩与车顶表面平齐)的气动噪声性能最优,最大声压级减小2.3 dBA。     

高速列车整车气动噪声及分布规律研究

本文建立包括头车、尾车、中间车、受电弓、转向架在内的CRH3型高速列车整车三维绕流流动的数值计算模型,用Fluent软件计算不同速度的外部稳态流场,基于稳态流场结果,使用宽频带噪声源模型计算车身表面气动噪声源,得到车体表面声功率级分布;以稳态流场为初始值,用大涡模拟计算车外部瞬态流场,基于瞬态流场用FW-H噪声模型预测高速列车辐射的远场噪声;分析车体表面声功率级和远场总声压级的分布规律,并将车体侧面远场噪声计算结果与试验结果进行比较分析。结果表明:列车高速运行时的气动噪声源主要是迎风侧车头及受电弓等曲率变化较大的曲面,受电弓滑板表面声功率级最大,高于头车头部15dB;从总声压级来看,受电弓滑板、头车第一个转向架和头车鼻尖处总声压级分别为160dB、135dB、130dB,受电弓滑板处具有最大的总声压级;从车体侧面噪声来看,离地面越近噪声越大。通过将远场噪声计算结果与噪声测试结果的对比证明了本文计算结果的准确性。     

高速动车组噪声源分析

为提高高速动车组的乘坐舒适性和优化隔音降噪设计,对高速动车组噪声源进行研究分析,介绍了高速动车组典型位置客室内噪声水平,分析了不同速度级下噪声的主要来源,指出高速动车组运行时的主要声源来自于轮轨噪声和气动噪声,当以速度200 km/h运行时客室内部主要噪声源来自于轮轨噪声,而随着速度级的提高,气动噪声的作用逐渐突显,当以速度300 km/h运行时气动噪声逐渐成为主导。     

基于算法优化的中国高速动车组车外噪声源识别研究

为提高我国高速动车组车外噪声源识别分辨率,获得更准确的噪声源分布特征,对传统的噪声源识别波束形成算法进行多普勒效应消除算法和基于快速傅里叶变换的非负最小二乘迭代反卷积算法(FFTNNLS)的优化,并基于优化后的算法测试我国某新型动车组以不同速度通过桥梁线路区段时的车外噪声源分布。结果表明:算法优化后动车组车外噪声源识别分辨率大幅提高;动车组高速运行时,声能量主要集中于受电弓、转向架和头车排障器等区域;动车组运行速度由200km·h-1提高至350km·h-1,车辆下部区域声功率占比由91.3%降至78.9%,车体区域由6.5%升至11.5%,受电弓区域由2.2%升至9.6%。算法优化后得到的动车组车外噪声源的定位更加准确、频谱特征更加明显。     

高速铁路声屏障声学计算模式研究

基于多通道阵列式声源识别系统和多通道噪声振动实时采集分析系统,对京津城际和京沪高速铁路列车运行状态下的噪声源、空间声场分布以及声屏障降噪效果进行测试和分析。将高速列车声源等效为下部噪声和上部噪声两部分:下部噪声以轮轨噪声和车体气动噪声为主,其声源等效位置确定为轨面以上0.6m处;上部噪声以弓网噪声为主,其声源等效位置确定为轨面以上3.3m处。由此提出基于双声源作为等效声源和以1250Hz作为等效频率的高速铁路声屏障声学计算模式,给出声屏障插入损失和加长量修正计算公式,所得到声屏障的声学计算结果与实测结果吻合。     

高速列车受电弓气动噪声研究

随着我国铁路交通事业的蓬勃发展,高速列车已被广泛的应用于铁路营运中,其高速、舒适、快捷的特点已深受广大乘客的好评,但同时,高速列车的噪声问题也倍受人们关注。气动噪声是高速列车的主要噪声之一,列车高速行驶时,受电弓产生的气动噪声尤为突出。对受电弓气动噪声的产生机理及降噪措施进行了介绍,并以国外受电弓气动噪声的研究经验为基础,对我国CRH3型车的两种受电弓结构进行了缩比模型风洞试验,对比分析了受电弓升降弓几个状态下的气动噪声特性。     

高速列车气动噪声源远场噪声贡献度研究

建立3辆车编组高速列车气动噪声计算模型,包括1辆头车、1辆中间车、1辆尾车、6个转向架和1个受电弓,利用标准k-ε湍流模型和大涡模拟分别计算列车的外部稳态和瞬态流场,并基于瞬态流场用FWH方法计算高速列车远场气动噪声。计算单个转向架、全部6个转向架、车体头部、车体尾部、车体中间部、全部车体、受电弓、列车整体分别为噪声源时的远场辐射噪声,分析这些噪声源对远场噪声评估点的总声压级,以及不同噪声源对远场噪声的贡献,以验证局部气动噪声源对远场辐射噪声与整体噪声源之间的叠加关系。计算结果表明:车体是高速列车远场辐射噪声的主要噪声源,其次是受电弓,转向架对远场辐射噪声影响相对较小;从局部噪声源来看,车体头部、受电弓、头部第1个转向架是高速列车远场辐射噪声的主要噪声源;各局部气动噪声源远场噪声的叠加值与整体气动噪声源远场噪声一致,验证了高速列车整体噪声源与其包括的各局部噪声源符合声源叠加原理。     

高温超导磁悬浮列车气动噪声特征仿真研究

气动噪声是高温超导磁悬浮列车噪声的主要来源，以新型高温超导磁悬浮列车1∶8缩比的8车模型为研究对象，基于大涡模拟（LES）方法和K-FWH方程，通过建立可穿透积分面对列车在500,550,600及650 km·h-1 4个速度级下的气动噪声特征进行数值仿真研究。结果表明：在U型轨道的约束下，列车周围的气动激扰主要集中在车顶两侧、尾车流线型及尾流区；偶极子声源主要分布在中车车顶表面两侧、尾车流线型及超导线圈后方，尾流区也是重要的气动噪声源区；列车辐射噪声频谱呈现“宽峰”（100～315 Hz）特性，随着车速提升，低频噪声能量增强；4个速度级下测点辐射噪声水平变化规律一致，噪声最大值分别为94.2,96.4,100.1和105.2 dB(A)；随着车速提升，四极子声源能量占比不断增大，当车速大于600 km·h-1时，16个测点的四极子声源平均能量占比超过90%。研究成果可为高温超导磁悬浮列车气动声学优化设计提供参考。     

高速受电弓气动噪声特性分析

针对高速列车受电弓气动噪声声源组成的复杂性和各部件对总噪声的贡献量问题,基于Lighthill声学理论,采用三维、宽频带噪声源模型,LES大涡模拟和FW-H声学模型对DSA380型高速受电弓气动噪声进行数值模拟,分析该型受电弓的主要气动噪声声源特性及各部件对受电弓远场气动噪声的贡献量大小,并提出降噪改进意见。研究结果表明:受电弓主要噪声源为弓头、绝缘子、底架、下臂杆等组件的迎风侧位置,其中碳滑板、平衡臂、弓头支架、底架、绝缘子、下臂杆等部件对远场气动噪声声源的贡献量最多;受电弓气动噪声是宽频噪声,且主要能量集中在1602 500Hz,存在主频305、608、913Hz(350km/h运行),且各阶主频与运行速度均满足线性关系;相邻2测点满足2倍关系的横向受声点声压级,其衰减幅度大约为6dBA,且与横向距离的对数成线性关系;垂向受声点的声压级最大值出现在距地面高度7.192m处;运行速度不改变受电弓的偶极子噪声指向特性(垂向平面在θ=0°、纵向平面在θ=120°、横向平面在θ=90°处的噪声指向性明显),只改变其幅值,随着运行速度的增大其增加幅度越小;受电弓以开口方式运行的气动噪声性能较闭口方式好,降噪效果明显。     

超高速极限试验中接触网系统方案探讨

京津城际铁路、武广高速铁路在达到运行速度350km/h,系统运行实现完整性、先进性、安全性、可靠性要求后,极限试验是保证运输系统安全稳定、提高运行质量及旅客信任度的有力保障。京津城际铁路和郑西高速铁路均创出单车394.2km/h的实车试验速度。武广高速铁路于2009年12月,更是创出双车重联双弓取流条件下394.2km/h的实车冲高试验速度。在轮轨系统具备进一步冲高的极限试验条件时,牵引供电接触网-受电弓系统如何具备挑战极限试验速度500km/h及以上,甚至突破世界纪录574.8km/h的能力,值得深入研究。     

京津城际铁路行车组织及技术创新

介绍京津城际铁路列车运行控制系统(CTCS—3D)及350 km/h动车组列车的控车模式,从列车调度员直接指挥行车作业和设置临时限速、助理调度员直接指挥调车作业、调度命令作为行车凭证等方面论述调度集中的行车组织方式,阐述250 km/h动车组列车上线运行和350 km/h动车组列车下线运行的技术条件和行车组织方式;总结京津城际铁路在引进国外技术和设备的基础上,结合我国运输需求,优化控车设备和调度集中设备配置,采用科学合理的行车组织方法,实现不同速度种类高速列车跨线运行、确保行车安全等方面取得的一系列创新性成果。     

高速动车组车轮踏面镟修策略研究

车轮踏面镟修策略主要包括车轮镟修周期的制定和镟修用车轮踏面外形的制定。通过对高速动车组振动性能和车轮磨耗状态的长期跟踪测试,确定高速动车组车轮镟修策略的制定原则和评价方法。在此基础上,结合京津城际铁路CRH3C型动车组典型振动性能、车轮外形和磨耗状态的实测数据,研究高速动车组的车轮镟修周期;对比分析国外镟修用车轮踏面外形制定方法,设计出18种高速动车组镟修用车轮踏面外形,并对现场最为需要的28,29和30mm这3种薄轮缘外形的车轮进行轮轨接触几何关系和动力学性能仿真计算。结果表明:高速动车组镟修策略应从高速动车组的运用状态、主要运营线路和车辆设计参数3个方面综合考虑;京津城际铁路CRH3C型动车组车轮镟修周期可定为30万km;轮轨接触几何和动力学仿真验证了为CRH3C型动车组新设计的镟修用薄轮缘车轮的临界速度均在400km.h-1以上,其运行稳定性与原型车轮相差不大。     

高速铁道车辆辐射噪声特性初步研究

总结了高速铁道车辆辐射噪声的来源,设计并进行了高速车辆辐射噪声试验,在对比分析辐射噪声数据的基础上,总结了速度不超过250 km/h的高速列车车外辐射噪声特性.     

关于日本铁道机车车辆与其周边界面关系几个问题的研究(1)

铁道机车车辆与其周边界面关系的几个问题，包括轮轨关系、弓网关系、空气动力学(气动力学)、轨道电路和噪声等。在轮轨关系中分析了车轮与钢轨间的粘着特性和润滑以及如何减少车轮轮缘与钢轨内侧轨角的磨耗。在弓网关系中分析了如何保持接触网和受电弓的良好接触状态即如何使接触网和受电弓的接触力变化小以及引起接触力变化的原因和减少这种变化的措施。在气动力学的影响中分析了列车在隧道中运行时，车辆振动增大的原因和减少振动的措施。在轨道电路中分析了如何减少轮轨接触电阻。在噪声中分析了转动噪声和结构体噪声的发生原因和数值分析模型的研究现状。