Numerical Analysis of Aerodynamic Noise of Motor Car Bogie for High-Speed Trains
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(2) 第5 期 张亚东,等:高速列车动车转向架气动噪声数值分析 871 满 足 交 通运输体系安全 、高效 、可靠和舒适 本 文 进 行 数 值 计 算 时 ,同 时 考 虑 高 速 列 车 动 车 为 与此同时产 转 性 的 需 要 ,我 国 高速铁路发展迅速 向 架 的 细 微 结 构 ,例 如 横 向 减 振 器 、垂 向 减 振 器 、 .但 蛇 形 减 振 器 、空 气 弹 簧 和 抗 侧 滚 扭 杆 等 结 构 的 空 生 了 诸 多 空 气 动 力 学 问 题 ,包 括 气 动 阻 力 、列 车 风 、 抗 动 力 学 模 型 究 得 到 动 车 转 向 架 的 漩 涡 分 布 特 .研 横 风 安 全 性 能 、列 车 交 会 压 力 波 、气 动 噪 声 等 ,这 些 气 、气 动 噪 声 声 源分布特点 ,以及远场气动噪声的 问 题 均 与 高 速 列 车 转 向 架 密 切 相 关 .而 转 向 架 是 高 性 减 特 性 、幅 值 特 性 、气 动 噪 声 指 向 性 等 规 律 ,同 时 速 列 车 结 构 中 最 重 要 的 部 件 之 一 ,位 于 车 辆 最 下 部 衰 到 各 噪 声 源 对 动 车 转 向 架 气 动 噪 声 的 贡 献 量 .研 车 体 与 轨道之间 牵引和引导车辆沿着轨道行 得 .它 成 果 可 为 研 制设计高速动车转向架初期的结构 驶 ,并 承 受 和 传 递来自车体及线路的各种载荷 ,同 究 . 化 、气 动 噪 声 改 进 等 提 供 工 程 参 考 依 据 时 缓 和 其 作用力 ,它是保证高速列车以200 km / h 优 及以上速度安全平稳运行品质的关键部件之 车转向架气动噪声数值分析理论 一[]. 研 究 表明 ,低速运行时 ,列车阻力中的气动 1 动 阻力所占比例很小 ,但当速度达到200 和 1. 1 大涡模拟理论计算方法 涡 模拟(large eddy simulation,LES)控制方 ,气动阻力在总阻力中所占的比例将 [ ]大 300 km / h 时 [ ] 不 可 压 缩 粘性流体的NS 方程 ,LES 中大 上 升 到70% 和80% 左右,且转向架阻力占整车 程 为 度 的 速 度 为 滤 波 速 度 ,其 定 义 为 气 动 阻 力 的20% 以上 .高 速带来的噪声问题更为 尺 严 重 ,当 列 车 的 运 行 速 度 超 过300 km / h 时 ,气 动 噪 u珔(y,t) = ∫G(y,y′,Δ)u (y)dy′, (1) 声 超 过 轮 轨 噪 声 成 为 主 要 噪 声 声 源 ,且 转 向 架 是 高 式 :u珔为 滤 波 速 度 分 量 ; 速 列 车 气 动 噪 声 的 主 要 声 源 部 位[ ]. 所 以 ,研 究 高 中 (y,y′,Δ)为 滤 波 函 数 ,描 述 过 滤 网 格 的 大 小 . 速 列 车 转 向 架 的 气 动 噪 声 特 性 、主 要 声 源 对 总 噪 声 G假 定 过 滤 过 程 和 求 导 过 程 可 交 换 ,把 该 函 数 用 的 贡 献 量 等 对 高速列车减阻降噪具有重要的工程 于 不 可 压 缩粘性流体的NS 方程 ,不管其形式如 参 考 意 义 . ,总 可 得 到 : 当前多数对高速列车转向架空气动力学性能 何 u .数 的 研 究 采 用 试 验 研 究 和 数 值 模 拟 方 法 值 模 拟 主 珔 = 0, (2) x 要 针 对 转 向 架 与整车阻力关系及整车远场气动噪 珔u 珔u u珔 1 珋 p τ μ u珔 珔 , (3) + = - + + 声 特 性 .由 于 转 向架结构的复杂性 ,大多数数值计 t x ρ x ρ x x x 算 过 多 地 简 化 了 转 向 架 结 构 ,或 者 采 用 缩 比 模 型 研 珔τ = (u u - u珔u珔), 究 转 向 架 气 动 噪 声 特 性 ,但 对 组 成 转 向 架 各 部 件 的 式 中 :珔τ 为 亚 格 子 尺 度 雷诺应力 ,是需要模型化的 气 动 噪 声 问 题 研 究 甚 少 献[7 ]通过对动车转向 新 .文 知 量 . 架 的 气 动 阻 力 分 析 ,得 出 头 车 第 一 个 转 向 架 阻 力 是 未 为 使 方 程组封闭 ,根据Smagorinsky 的基本亚 中 间 车 第 二 个 转 向 架 阻 力 的4 倍 以 上 ,在 侧 风 作用 格 , 子 尺度应力(subgridscale streese,SGS )模型 下 转 向 架 阻 力 占 列 车 总 阻 力 的40% 左 右 献[8 ] 假 .文 定 诺 应 力 具 有 如 下 形 式 SGS 雷 采 用 分 离 涡 数 值 计 算 方 法 ,研 究 了 横 风 中 高 速 列 车 (4) 转 向 架 在 时 域 、频域的非定常气动力特性 ,得到基 τ - τ 3δ = - 2μ 珔S , 本 气 动 力 在 时 域 内 具 有 随 机 波 动 性 ,在 频 域 内 存 在 式 中 :δ 为 单 位 张 量 的 分 量 ; 明 显 的 主 频 段1. 664 ~ 12. 990 Hz. 文献 [9]通过在 μ 为 亚 格 子 湍 流 粘 性 系 数 ; 头 尾 车 第 一 个 转 向 架 处 安 装 裙 板 并 进 行 数 值 研 究 , 珔 S 为 求 解 尺 度 下 的 应 变 张 量 的 分 量 , 结 果 表 明整车阻力减少较多 .文 献 [10]重点研究 珔S = 1 珔u + 珔u . (5) 了 以 简 单转向架(只考虑轮对和枕梁结构的转向 2 ( x x ) 架 )为 噪 声 源 的 高速列车气动噪声问题 ,分析了优 1. 2 计算气动声学方法 化 转 向 架 裙 板 后 ,转 向 架 对 远 场 噪 声 评 估 点 的 气 动 计算气动声学(computational aeroacoustics, 噪 声 降 噪 效果 献[11 ]基于延迟独立涡模拟方 CAA)中普遍使用声类比法 .文 , Ffowcs Williams [ ] 法 ,对 只 包 括 轮 对 和 构架结构的1∶ 10 缩比简化转 Hawking 方 程 (简 称FWH 方 程 )的 微 分 形 式 为 向 架 流 场 特 性 和 偶 极 子 分 布 规 律 进 行 了 预 测 ,并 通 1 ( a t - x ) p′ = t [ρv δ(f) f]- . 过 风 洞 试 验 验 证 了 数 值 模 拟 结 果 的 正 确 性 1. 12. i. i. 36. i. i. i. 2. i. i. j. i. j. ij. i. i. i. j. i. i. ij. j. j. ij. kk ij. ij. i. ij. ij. i. ij. i. j. j. i. ij. 13. 2. 2. 0. 2. 2 i. n. Δ. 2. j.
(3) 西 南 交 通 大 学 学 报 第51 卷 和 高 度分别为25L、12W 和6H,动车转向架长度 [n pδ(f) f]+ xx [T H(f)], (6) 度 x 宽 度W = 3. 068 m,高 度H = 1. 115 m, L = 3. 477 m, 式 中 :p′为 气 体 压 强 ; 轮 对 踏 面 与 轨 道 所 处 地 面 之 间 的 距 离 为0. 2 m. 法 向 方 向 ; n 为 动 车 转 向 架 来 流 方 向 截 面 为 速 度 入 口 边 界 ,正 声 速 ; a 为 后 方 截 面 为 压 力出口边界 ,左侧 、右侧和正上方截 v 为 法 向 速 度 ; 面 设 置 为 对 称 边 界 ,动 车 转 向 架 表 面 设 置 为 无 滑 移 静 压 强 ; p为 壁 面 的wall 边 界 了模拟地面效应 ,地面设置为 .为 力 张 量 的 分 量 , T 为 Lighthill 压 滑 移 地 面 ,其 滑 移 速 度 为 动 车 转 向 架 的 运 行 速 度 . T = ρu u + P - a ρδ ; 由 于 动 车 转 向 架 结 构 比 较 复 杂 ,因 此 采 用 非 结 数 ; Dirac delta 函 δ(f)为 构 化 网 格 ,如 图3 所示 .计 算过程中采用网格自适 数 H(f)为 Heaviside 函 . 应 技 术 ,不 断 调 整 网 格 密 度 ,以 保 证 计 算 精 度 更 .为 FWH 模 型表达式表示声压是由于瞬态变化 加 精 确 的 考 虑 动 车 转 向 架 表 面 对 流 体 流 动 的 影 响 , 的 质 点 力 和 加 速 度 引 起 ,式(6 )右边分别为单极子 在 其 表 面进行边界层网格划分 ,边界层增长率为 速列车以一定 1. 2、总 声 源 、偶 极 子 声 源和四极子声源 .高 厚 度 为10 mm 的5 层三棱柱网格 ,计算域 的 速 度 行 驶 时 ,车身表面可以看作是刚性的 ,体积 网 格 量 约 为2 515 万 . [ ] 脉 动 量 几 乎 为0,所以可不考虑单极子声源项 . 文 献 [15]指出 ,流场中四极子声源与偶极子声源 .
(4) . 强 度 之 比 正 比 于 马 赫 数 的 平 方 ,而 高 速 列 车 的 运 动. . 仍 属 于 低 速 运 动 ,其 四 极 子 声 源 噪 声 强 度 远 小 于 偶 极 子 声 源 ,故 四 极子声源项可忽略 .即 本文只考虑 偶 极 子 声 源 引 起的高速列车动车转向架气动噪声 问 题 . 872. 2. Δ. i. ij. i. i. j. i. 0. n. ij ij. i. j. ij. 2 0. ij. . 14. . . . . . . . 2 . . 动车转向架气动噪声计算模型. 图计 算 区 域 及 边 界 设 置. 2 Fig. 2 Computational domain and boundary setting. 计算模型 常高速列车转向架可分为动力转向架(又 通 称 动 车 转 向 架 )和 非 动 力转向架(拖车转向架),本 文 主 要 以 动 车 转 向 架 为 分 析 对 象 车 转 向 架 主 要 .动 包 括 轮 对 、轴 箱 、一 系 悬 挂 ,构 架 、二 系 悬 挂 、牵 引 电 机 和 枕 梁7 部 分 ,结 构 如 图1 所 示 .. 2. 1 . 图动 车 转 向 架 表 面 网 格. 3 Fig. 3 Surface meshes of motor car bogie. 3 . 动车转向架气动噪声特性. 动车转向架流场特性 出垂直于z 轴的纵向速度流线图 图 4给 .由 图4 可 以 看 出 ,转向架区域的气流流速变慢 ,在有 的 区 域 产 生 了 一 定 的 漩 涡 风 侧 轴 箱 与 构 架 之 间 .迎 图1 动 车 转 向 架 简 化 模 型 的 外 侧 、牵 引 电 机后侧 、空气弹簧与抗蛇形减振器 Fig. 1 Simplified model of motor car bogie 之 间 的 临 近 区 域 均 存 在 不 同 尺 度 不 同 方 向 的 漩 涡 , 尤 其 是 在 迎 风 侧 轴 箱 与 构 架 之 间 、空 气 弹 簧 与 抗 蛇 算区域、边界条件及网格划分 2. 2 计 计 算 区 域 如图2 所示 ,流场计算区域长度 、宽 形 减 振 器 的 邻 近 区 域 形 成 了 较 大 的 漩 涡 ,此 位 置 位 3. 1 .
(5) 第5 期 张亚东,等:高速列车动车转向架气动噪声数值分析 873 于 构 架 侧 梁 外 侧 进 行 动 车 转 向 架 流 线 型 优 化 设 参 考 文 献 [4]关于列车表面最大声功率级P .在 列 车 运 行 速 度 之 间 的 关 系 计及减阻降噪时 ,需要考虑该区域的流场分布 与 特 性 (7) . P = alg(v / v )+ b, 车转向架气动噪声声源特性 常 系 数 ;v = 200 km / h. 式 中 :a、b 为 3. 2 动 图 5为 动 车 转 向 架 以350 km / h 运 行 时 的 声 功 进一步寻求动车转向架最大声功率与运行速 率 级 分 布 云 图 图5 可 见 ,迎 风 侧 大 部 分 表 面 ,即 度 的 对 应 函 数 关 系 .由 . 轮 对 、构 架 、牵引电机1、枕梁 、垂向减振器和抗侧 图6 给出动车转向架表面最大声功率级与运 滚 扭 杆 等 声 功率级均达到112 dB 以上 速 度 的 关 系 中迎风 行 图6 可知 ,动车转向架的最大声 .其 .由 侧 的 垂 向 减 振 器 、抗 侧 滚 扭 杆 和 枕 梁 的 表 面 声 功 率 功 率 级 随 着 运 行 速 度 的 增 加 而 显 著 增 大 ,且 动 车 转 最 高 架 最 大 声 功 率 级 与 运 行 速 度 满 足 以 下 函 数 关 系 : .可 见 ,迎 风侧凸起部位为动车转向架的气动 向 噪 声 源 ,且 此 气动噪声源区域发生在气流易分离 、 (8) P = 79. 726 lg(v / v )+ 124. 042. . 湍 流 运 动 较 剧 烈 处 动车转向架最大表面声功率级与运行速度满 足 以 下 函 数 关 系 P = 59. 795 lg(v / v )+ 121. 105. (9) m. m. 0. 0. m. 0. m. 0. . . . . .
(6) . . . . . . . . . . . . 图6 最 大 声 功 率 级 与 转 向 架 速 度 的 函 数 关 系 (v = 200 km / h) Fig. 6 Function relationship of the maximum sound power level and motor bogie running speed (v = 200 km / h) 0. 0. 动车转向架远场气动噪声特性 了 研 究 动 车 转 向 架 远 场 气 动 噪 声 分 布 特 性 , 为 以动车转向架前后轮对中心(距地面高度为 原 点 ,以25 m 为半径 ,在xz 平面以5° 0. 688 m)为 间 隔 布 置 一 周 噪 声 评 估点 ,在xy 平面和yz 平面以 隔 分 别 布 置 半 周 噪 声 评 估 点 5° 间 . 动车转向架远场气动噪声计算的噪声评估点 布 置 与 坐 标 平 面 的 对 应 关 系 如 图7 所 示 文 规定 .本 xz 平 面 为 垂 向平面 ,xy 平面为纵向平面 ,yz 平面 为 横向平面 ,动车转向架正前方 、正左方 、正后方 、 正 右 方测点编号依次为y 、y 、y 、y ,动车转向架 正 上 方 测 点 编 号 为xz (横向平面与纵向平面噪声 评 估 点 的 交 汇 处 ). 通 常 以 声 压 级 形 式 对 高 速 铁 路 噪 声 进 行 评 价 , 本 文 采 用 等 效 连 续A 计权声压级 ,根据ISO3095— 定义 ,等效连续A 计权声压级L 的计算 2005 的 [ ] 式为 3. 3 . 图4 动 车 转 向 架 截 面 流 线 图 Fig. 4 Streamline diagram in longitudinal sections of the motor car bogie. 1. 2. 3. 4. 19. 图动 车 转 向 架 声 功 率 分 布 云 图. 5 Fig. 5 Sound power contours of the motor car bogie. A. 16.
(7) 西 南 交 通 大 学 学 报 第51 卷 高速列车以200、250、300、350 和 图 p (t) 8 为 1 L = 10 lg ( ∫ dt ) , 10 ) ( Δt p 行 时 ,垂 向 、纵 向 和 横向平面噪声评估 400 km / h 运 式 中 :Δt 为 测 量 时 间 间 隔 , 点 的 等 效 连 续A 计 权 声 压 级 分 布 对 比 图 . Δt = 0. 5 s; 由 图8 可 见 以 下 特 性 : 瞬 时A 计 权 声 压 ,Pa; p (t)为 (1)衰 减 特 性 基 准 声 压 ,p = 20 μPa. p 为 运行速度分别为200、250、300、350 和 ,垂 向 噪 声评估点的等效连续A 计权 400 km / h 时 声 压级平均增加幅度为2. 96 dBA →2. 56 dBA → 2. 22 dBA→1. 94 dBA. 说 明随着动车转向架运行 速度的增大 ,垂向平面的噪声评估点等效连续A 计 权 声 压 级 增 加 幅 度 逐 渐 减 小 余 两 平 面 均 有 同 .其 . 样 的 分 布 规 律 (2)幅 值 特 性 各 平面噪声评估点的声压级在θ = 0°、90°、 180° 、 270° 时 均出现最大值 ;垂向平面声压级最大 值 位 于θ = 90° (噪声评估点y )、θ = 270° (噪声评 图7 远 场 气 动 噪 声 评 估 点 分 布 Fig. 7 Distribution of farfield 估 点y )处 ;纵 向 平 面 和横向平面声压级最大值均 aerodynamic noise evaluation points 位 于θ = 90° (噪声评估点xz )处 ,为113. 1 dBA 利用快速傅里叶变换将远场测点的声压转换 (动车转向架以350 km / h 运行);不同运行速度 到 频 域 ,并 采 用A 频 域 计 权 表[ ]对 频 域 进 行 修 正 , 下 ,垂 向 噪声评估点最大值和最小值声压级相差 然 后 再 利 用 傅 里 叶 逆 变 换 将 频 域 声 压 转 换 到 时 域 , 18. 8 ~ 21. 2 dBA,纵 向 噪 声 评 估 点 最 大 值 和 最 小 值 即 可得到测点的A 计权声压p (t ),进而利用 声 压 级相差19. 3 ~ 21. 8 dBA,横向噪声评估点最 . 算 出 测 点 的 等 效 连 续A 计 权 声 压 级 式 (10)计 大 值 和 最 小 值 声 压 级 相 差22. 0 ~ 26. 2 dBA. 874. Δt. A. 2 A. 2 0. 0. A. 0. 0. y. y1. y4. 2. 4. 19. 17. A. (a)垂 向 平 面. (b)纵 向 平 面. (c)横 向 平 面. 图远 场 气 动 噪 声 评 估 点 的 声 压 级 分 布 图 ( ). 8 Fig. 8 Sound pressure level SPL distribution of aerodynamic noise evaluation points. (3)气 动 噪 声 指 向 特 性 动 车 转 向 架 气 动 噪 声 是 典 型 的 偶 极 子 噪 声 ,在 圆 形 噪 声评估点中 ,噪声辐射表现出很强的对称 性 ;声 源 主 要 辐 射方向为来流枕梁正上方 ,其次为 横 向 正 左方和正右方 ,最后为来流正前方和正后 方 明 动 车 转 向架的气动噪声在垂向 、纵向和横 .表 向 平 面 内 具 有 明 显 的 气 动 噪 声 指 向 性 . 图9 为动车转向架以350 km / h 运行时 ,噪声 评 估 点xz 的1 / 3 倍 频 程 分 布 图 图9 可 见 ,当 中 .由 . 19. 心 频 率 为25 和50 Hz 时 ,主 频 能 量较大 车转向 .动 架 的 气 动 噪 声 能 量 主 要 集 中 在 高 频 部 分 ,随 着 运 行 速 度 的 增 大 ,其 主 要 能 量 向 高 频 部 分 转 移 且 呈 现 增 大 趋 势 外 ,分析动车转向架以200、250、300 和 .此 行时的1 / 3 倍频程可见 ,中心频率25 400 km / h 运 和50 Hz 为 动 车转向架的固有中心频率且在低频 部 分 能 量较大 ,分布规律不随运行速度的改变而 变 化 . 图10 为 动 车转向架以350 km / h 运行时噪声.
(8) 第5 期 张亚东,等:高速列车动车转向架气动噪声数值分析 875 评 估 点xz 的 功 率 谱 密度图 图10 可见 ,动车转 度 可 见 ,功 率 谱 密 度 的 分 布 规 律 不 随 运 行 速 度 的 改 .由 向 架 远 场 气 动 噪 声 是 宽 频 噪 声 ,在 很 宽 的 频 率 内 存 变 而 变 化 ,其 幅 值 随 运 行 速 度 的 增 加 而 增 大 . 在 ,主 要 能 量 集 中 在28 ~ 44. 7 kHz 频率范围内 .当 ,功 率 谱 密 度的值很小 ;当频 频 率 小 于11. 2 kHz 时 率 在11. 2 ~ 28 kHz 时 ,功率谱密度随频率的增加 显 著 增 大 ;当 频 率 大 于44. 7 kHz 时 ,功率谱密度迅 速 减 小 . 19. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(9) . 图10 远 场 气 动 噪 声 评 估 点 的 功 率 谱 密 度. . . Fig. 10 Power spectral density of farfield aerodynamic noise evaluation points. . . . . . . . . . . . . . . . . .
(10) . . . 4 .
(11). 图9 远 场 气 动 噪 声 评 估 点 的1 / 3 倍 频 程. 动车转向架远场气动噪声声源贡 献量分析. 图11 所 示 为 动 车 转 向 架 各 部 件 分 别 作 为 噪声 源 以350 km / h 运行时得到的等效连续A 计权声 分 析 动 车 转 向 架 不 同 运 行 速 度 下 的 功 率 谱 密 压 级 对 比 曲 线 . Fig. 9 1 / 3 octave band centre frequency of farfield aerodynamic noise evaluation points. (a)构 架. . (b)轮 对. (c)枕 梁. (f)空 气 弹 簧 、横 向 减 振 器 (d)抗 侧 滚 扭 杆 、垂 向 减 振 器 (e)牵 引 电 机1、牵 引 电 机2 图11 各 部 件 作 为 噪 声 源 的 远 场 气 动 噪 声 在 垂 向 平 面 的 声 压 级 对 比 图 Fig. 11 SPL comparison of the farfield aerodynamic noise on vertical plane for components of noise sources. . .因 由图11 可看出 ,采用1 个噪声评估点的声压 级 评 价 动 车 转 向架远场气动噪声无意义 此 ,可.
(12) 西 南 交 通 大 学 学 报 第51 卷 0° , 根 据 能 量 叠 加 原 理 ,采 用 声 压 级 的 平 均 值 的远场气动噪声指向性很明 90° , 180° , 270° 处 动 车 转 向 架 最大 显 ,最 大 声 压 级 达 到76. 5 dBA,与 1 (11) 声 η = 10 lg ( ∑ 10 ), I 压 级 相 差32. 7 dBA. … ,I, i = 1, 2, 束语 式 中 :η 为 第i 个 噪 声 评 估 点 所 得 到 的等效连续A 5 结 计 权 声 压 级 ; 文 主 要 进行了某型动车转向架的气动性能 本 测 点 总 数 I为 . 及 气 动 噪 声 研 究 ,探讨了动车转向架的流场特性 、 在 垂 向 平 面 中 ,I = 71. 由 图11 可 见 : 气 动 噪 声 声 源 分 布 、远 场 噪 声 传 播 及 动 车 转 向 架 各 (1)构架(η = 85. 45 dBA)对动车转向架远 部 件 对 远 场 总 噪 声 的 贡 献 量 等 问 题 ,对 动 车 转 向 架 场总噪声的贡献最大 ,其次为轮对(η = 气 动 噪 声 机 理 、衰减特性 、幅值特性及气动噪声指 79. 74 dBA),然 后为抗侧滚扭杆(η = 向 于 车 体 底 板 等 结 性 等 均 进 行 了 较 深 入 的 研 究 .关 79. 31 dBA)、 垂 向 减 振 器 (η = 78. 97 dBA)和枕梁 构 对 动 车 转 向 架 气 动 噪 声 的 影 响 需 要 进 一 步 研 究 . (η = 78. 52 dBA). 牵引电机1 (η = 77. 42 dBA)、 (1)轮 对 、构架 、牵引电机1、枕梁 、垂向减振 牵 引 电机2 (η = 77. 18 dBA )、空气弹簧(η = 器 、抗 侧 滚 扭 杆 等 部 件 的 迎 风 侧 凸 起 位 置 为 动 车 转 横向减振器(η = 64. 52 dBA)对远 向 75. 19 dBA)和 架 的 气 动 噪 声源 ,且迎风侧的垂向减振器 、抗侧 . 场 总 噪 声 的 贡 献 量 较 小 滚 扭 杆 和 枕 梁 对气动声源的贡献量最大 此 ,对 .因 (2)对 比 构 架 与 动 车 转 向 架 的 声 压 级 可 见 ,在 气 动 声 源 贡 献 较 大 的 部 位 进 行 结 构 设 计 ,降 噪 效 果 最大声压级相差9. 9 dBA;在θ = 会 180° 处 θ = 0° 和 . 很 显 著 最 大声压级相差3. 5 dBA. 可见构架 (2)动 270° 处 90° 和 车 转 向 架 在 各 平 面 内 具 有 衰 减 特 性 、幅 270° 处 在 的远场噪声辐射能量最多 ,指 值 θ = 90° 和 .动 车 转 向 架 远 场 气 特 性 和 气 动 噪 声 指 向 特 性 等 向 性 较 明 显 . 动噪声是宽频噪声 ,主要能量集中在28 ~ (3)轮 对 在 垂 向 平 面θ = 90° 和270° 处 的 气动 44. 7 kHz 范 围 内 频部分的主要能量集中在中 .低 噪 声 指 向 性很明显 ,最大声压级达到101. 6 dBA, 心 频 率为25 和50 Hz 附近 ,且分布规律不随运行 与 动 车 转 向 架 最 大 声 压 级 相 差4. 3 dBA. 速 度 的 改 变 而 变 化 . (4)枕 梁 的 气动噪声指向性主要在垂向平面 (3)对 动 车 转向架远场气动噪声总噪声贡献 的θ = 180° 处 ,在θ = 180° 处枕梁声压级与转向架 量 最 多 的 部 件 依 次 为 构 架 、轮 对 、抗 侧 滚 扭 杆 、垂 向 声 压 级相差12. 2 dBA,θ = 0°,90°,270° 处的最大 减 振 器 和 枕 梁 引电机1、牵引电机2、空气弹簧 .牵 声 压 级 分 别 相 差23. 6、13. 3 和13. 3 dBA. 和 横 向 减 振 器 对 远 场 总 噪 声 的 贡 献 量 较 小 . (5 )抗侧滚扭杆在θ = 0°,40°,90°,130°, 的远场噪声辐射较强 ,且 参考文献: 180° , 230° , 270° , 320° 处 气 动 噪 声 指 向 性 明 显 ,平 均 声 压 级 达 到79. 3 dBA, [1] 王伯铭. 高速动车组总体及转向架[M]. 成都:西南 最 大 声 压 级 与 动 车 转 向 架 声 压 级 相 差23. 5 dBA. 交 通 大 学 出 版 社 ,2014:2832. (6)垂 向 减 振器在垂向平面内的气动噪声指 [2] GAWTHORPE R G. Train drag reduction from simple design changes[J]. International Journal of Vehicle 向 性 不 明 显 ,其 与转向架声压级比较 ,最大声压级 Design,1982 ,3 (3 ):263274. 相 差25. 3 dBA. [ 3 ] KITAGAWA T, NAGAKURA K. Aerodynamic noise (7)牵 引 电 机1 主要对动车转向架在垂向平 generated by Shinkansen cars[J]. Journal of Sound and 面θ = 0°,85°,180°,275°处 的 远 场 气 动噪声辐射有 Vibration,2000 ,231 (5 ):913924. 贡 献 ,牵 引 电机2 主要对动车转向架在垂向平面 [4] MELLET C,L TOURNEAUX F,POISSON F,et al. 的远场气动噪声辐射有贡 95° , 180° , 265° 处 θ = 0° , High speed train noise emission:latest investigation of 献 ,其 中 在θ = 0° 和180° 处 对 远 场 气 动 噪 声 辐 射 的 the aerodynamic / rolling noise contribution[J]. Journal 贡 献 最 大 ,气 动 噪 声 指 向 性 很 明 显 . of Sound and Vibration,2006 ,293 (3 ):535546. (8)空 气 弹 簧在垂向平面内的远场气动噪声 [5] NAGAKURA K. Localization of aerodynamic noise 辐 射 指 向 性 不 明确 ,其与转向架声压级比较 ,最大 sources of Shinkansen train[J]. Journal of Sound and 声 压 级 相 差29. 4 dBA. 横 向 减 振 器 在 垂 向 平 面θ = Vibration,2006 ,293 (3 ):547556. 876. I. 0. 1η i. I. i =1. i. I. I. I. I. I. I. I. I. I.
(13) 第5 期. 张亚东,等:高速列车动车转向架气动噪声数值分析. [6] 高 阳 ,王 毅 刚 ,王 金 田 ,等 学 风 洞 中 的 高 速 列 车 模 . 声 型 气 动 噪 声 试验研究[J]. 声学技术 ,2013,32 (6 ): 506510. GAO Yang. ,WANG Yigang, WANG Jintian, et al.. Testing study of aerodynamic noise for highspeed train. 877. : , ( ):38993904. [11] ZHU J Y,HU Z W,THOMPSON D J.. of Central South University Science and Technology. ,. 2011 42 12. Analysis of. aerodynamic and aeroacoustic behaviour of a simplified. []. highspeed train bogie J .. Noise and Vibration. [] Technical Mitigation for Rail Transportation Systems,2015 ,126 : 489496. , , ( ):506510. . 高 [7] 郑 循 皓 ,张 继 业 ,张卫华 速列车转向架空气阻力 [12] GARNIER E,SAGAUT P,ADAMS N. Large eddy 的 数 值 模 拟 [J]. 交通运输工程学报 ,2011,11 (2 ): simulation for compressible flows[M]. [S. l. ]: 4551. Springer,2009 :172184. [13] FFOWCSWILLIAMS J E,HAWKINGS D L. Sound ZHENG Xunhao, ZHANG Jiye, ZHANG Weihua. model in aeroacoustic wind tunnel J .. Acoustic 2013 32 6. Numerical simulation of aerodynamic drag for highspeed. generation by turbulence and surfaces in arbitrary. [] motion[J]. Philosophical Transactions for the Royal Society of London, Series A, Mathematical and , , ( ):4551. Physical Sciences,1969 ,264 (1151 ):321342. . 横 [8] 郗 艳 红 ,毛 军 ,高 亮 ,等 风 作 用 下 高 速 列 车 转 向 架 非 定 常 空 气 动 力 特 性 [J]. 中南大学学报 :自然科学 [14] 郑拯宇 ,李人宪 速列车表面气动噪声偶极子声 . 高 ,2011, 版 ,2014,45(5):17051714. 源 分 布数值分析[J ]. 西南交通大学学报 XI Yanhong, MAO Jun, GAO Liang, et al. 46 (6 ):9961002. Aerodynamic force / moment for highspeed train bogie in ZHENG Zhengyu,LI Renxian. Numerical analysis of crosswind field[J]. Journal of Central South University: aerodynamic dipole source on highspeed train Science and Technology,2014 ,45 (5 ):17051714. surface[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, . 裙 2011 ,46 (6 ):9961002. [9] 杨 志 刚 ,高 羽 ,等 板 安 装 对 高 速 列 车 气 动 性 ?,陈 能 影响的数值分析[J ]. 计算机辅助工程 ,2010, [15] LIGHTHILL M J. On sound generated 19 (3 ):1621. aerodynamically: part 1 : general theory[J]. YANG Zhigang, GAO Zhe, CHEN Yu, et al. Proceedings of the Royal Society of London,Series A, Numerical analysis on influence on aerodynamic Mathematical and Physical Sciences,1952 ,211 :564 train bogie J . Journal of Traffic and Transportation. Engineering 2011 11 2. performance of highspeed train caused by installation of. []. skirt plates J . Computer Aided Engineering. 587.. ,2010, [16] ISO.. ISO 30952005 Railway applicationacoustics. 19 (3 ):1621. measurement of noise emitted by railbound vehicles[S]. [S. l. ]:ISO,2005. [10] 黄 莎 ,杨 明智 ,李志伟 ,等 速列车转向架部位气 . 高 动 噪 声 数值模拟及降噪研究[J]. 中南大学学报 : [17] 马 大 猷 代声学理论基础[M]. 北京 :科学出版 . 现 自 然 科 学 版 ,2011,42(12):38993904. 社 ,2004:5759. HUANG Sha, YANG Mingzhi, LI Zhiwei, et al. Aerodynamic noise numerical simulation and noise (中文编辑:秦萍玲 英文编辑:兰俊思) reduction of highspeed train bogie section[J]. Journal.
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