高速列车车头的气动噪声数值分析

随着列车运行速度的提高,列车气动噪声变得越来越明显,降低气动噪声已成为控制高速列车噪声的关键之一。本文对高速列车车头气动噪声进行数值分析。首先,建立高速列车三维绕流流场的数学物理模型,分别利用标准k-ε湍流模型和大涡模拟计算高速列车的外部稳态和瞬态流场。然后,基于稳态流场,利用宽频带噪声源模型计算高速列车车身表面气动噪声源;基于瞬态流场,分析车身表面脉动压力的时域及频域特性;利用Lighthill声学比拟理论,计算高速列车远场气动噪声,分析远场气动噪声的时域及频域特性。本文对研究和控制高速列车气动噪声具有一定意义。     

高速列车车身表面气动噪声源研究

介绍了计算气动噪声源的宽频带噪声源模型,建立了高速列车三维绕流流动的物理数学模型,数值模拟了在不同运行速度下高速列车在平地、路堤和高架桥上的外部流场,进而利用宽频带噪声源模型对车身表面气动噪声源进行了计算。计算结果表明,3种运行工况下车身表面噪声源的分布规律很相似,而且随着列车运行速度的提高,列车车身声功率及表面声功率都显著增加,因此,降低气动噪声对发展高速列车至关重要。     

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。     

高速列车气动噪声及减噪措施介绍

随着高速列车速度的不断增加,高速列车的气动噪声问题愈发突出.高速列车气动噪声已成为目前世界必须研究和解决的问题之一.针对高速列车气动噪声的性质介绍了高速列车的气动噪声源,分析了受电弓装置、车厢间的连接部位、百叶窗、转向架、车头和车尾各部位气动噪声的产生机理,在此基础上综述了以上各部位降低其产生气动噪声而采取的相应措施.     

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。     

广州地铁7号线列客室噪声分析与整治措施

针对广州地铁7号线列车正线行驶时客室噪声较大问题,通过噪声测试,分析车辆结构和轮轨状况等因素对列车噪声的影响,并从列车密封性、钢轨打磨、列车运行速度等方面开展列车运行噪声整治措施研究。研究结果表明,列车运行时客室噪声主要为轮轨噪声,通过钢轨打磨、列车限速、侧门密封性整改等措施可改善客室噪声问题。根据研究结果,提出了地铁车辆减噪设计建议。     

铁路列车流噪声A声级与等效声级预报

根据列车运行特点，作者论述了列车噪声源除轮轨噪声外。还应考虑列车牵引及鸣笛的噪声，列车流噪声预报是根据列车的流量、类型、平均运行速度、鸣笛状况及铁路两侧的环境条件等确立的数学模型。由计算机算出诸受声点(不同的距离和高度)的噪声数值，和用噪声预报的方法。可以了解铁路沿线居民区的噪声现状；预报规划中的铁路噪声状况；按照有关国家标准可以确定新老线路噪声是否需要治理及治理的程度。     

头部控制线形状对高速列车气动噪声的影响

为研究头部控制线形状对高速列车气动噪声的影响,建立3种纵向剖面线和3种水平剖面线组合下的9种高速列车头型。利用大涡模拟技术计算高速列车车头表面的脉动压力,并作为远场气动噪声计算的输入。根据高速列车运行的实际情况,利用半自由空间的Green函数求解FW-H方程,给出考虑地面效应时的远场声学积分公式,并研究高速列车头部纵向剖面线形状和水平剖面线形状对远场气动噪声的影响。研究结果可为高速列车流线型车头的降噪设计提供参考。     

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。     

基于麦克风阵列的列车走行部件故障诊断技术研究

针对传统的列车走行部件故障声学诊断方法仅可对故障进行判断、不能对故障声源进行定位的问题,提出利用麦克风阵列结合波束形成算法对噪声源进行定位的故障诊断方法。首先对列车运行时的噪声信号进行分析,确定走行部件故障信号的特征;其次仿真选择合适的阵列结构并完成双圆环阵列的结构和硬件设计;最后通过音箱播放故障声源信号验证此阵列可通过自适应波束形成算法对故障噪声信号进行定位,实现故障噪声的声学成像。     

高速列车的低频空气动力噪声

高速列车在没有隧道的开阔区段产生的压力波动引起空气动力噪声和桥梁噪声。在该研究中,为了弄清低于100 Hz的低频空气动力噪声源,用线性传声器阵列进行了实车测试。此外,使用模型列车用的发射装置进行了缩尺模型试验来模拟实际空气动力噪声,并对低噪声转向架空腔设计进行研究。通过这些试验,将车体下方的转向架空腔认定为空气动力主要噪声源之一。还发现将空腔做成圆形边可能是降低低频空气动力噪声的有效措施。     

基于改进遗传算法的高速列车节能优化研究

为有效降低列车运行能耗,针对高速列车行进过程中的能耗优化问题,讨论了列车运行阻力的计算及列车停车点的设置,以此建立以列车能耗最小为优化目标的列车运行优化模型,提出3代逼近搜索的引导机制,改进了传统遗传算法中的算子,同时引入逆转算子提高算法求解能力.以CRH380B型高速列车和合福高铁(合肥—福州)数据为基础进行仿真,列...     

FASTECH360S高速试验列车受电弓隔声板的开发

介绍了在FASTECH360S高速试验列车上安装的具有高隔声性能而本身并不成为噪声源的隔声板,该隔声板可降低受电弓周围噪声约4dB。     

碳纤维复合材料受电弓导流罩降噪优化设计

随着高速铁路的发展和列车运行速度的提高,高速铁路沿线以及高速列车内部的噪声问题越来越严重。针对车顶受电弓噪声的降噪方法进行了探讨,对现有导流罩结构改进优化,设计出新型受电弓导流罩结构,有效地降低了受电弓噪声,并采用碳纤维复合材料对导流罩结构进行铺层设计,使得结构达到了减重和强化的目的。     

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。     

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。     

时变遗忘因子的高速列车自适应子空间预测控制

针对传统列车固定模型难以描述和控制具有时变、非线性等特征的高速列车运行过程问题,本文提出时变遗忘因子的高速列车自适应子空间预测控制方法。首先基于列车状态空间模型描述构建列车的增量式子空间预报模型;接着融合子空间辨识与反馈校正的思想得到时变遗忘因子的列车自适应模型,进而分析高速列车自适应子空间预测控制器的设计方法,并给出相应的控制算法。最后进行高速列车运行过程控制的仿真对比实验,结果表明本文控制方法在高速列车正常运行及强干扰情况下的预测跟踪控制性能是有效的。     

列车运行噪声的水平指向性

铁路列车运行噪声的水平指向性是铁路列车噪声辐射的重要特性之一。在实际测量列车运行噪声的基础上，通过理论分析和曲线比较的方法，对列车噪声水平指向性的频率特性进行了分析研究。     

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。     

高速列车外形及发展趋势

分析高速列车外形对其空气动力学现象的影响，介绍当前世界各国高速列车外形的发展趋势。指出必须寻求最佳列车外形以降低列车的空气阻力和能耗，提高列车运行速度，提高列车运行的安全性和舒适度。