高速列车脉动压力及车内气动噪声的预测与控制

列车高速化过程中，带来的噪声显著增大。噪声过大会损害乘员的听力，甚至引起神经系统、心血管系统等方面的疾病。本项目通过建立高速列车表面脉动压力的数值计算模型，研究预测高速列车表面脉动压力分布的高效数值计算方法，揭示高速列车表面脉动压力的分布规律；综合应用边界元法及统计能量法，建立高速列车车内气动噪声的数值仿真模型，得出脉动压力引发的车内气动噪声的频谱特性及声功率，形成高速列车气动噪声的预测方法，得出列车运行速度、关键结构参数对气动噪声的影响规律，形成低气动噪声高速列车流线型车体设计理论，及车内气动噪声的控制方法。项目的实施将为改善高速列车乘坐舒适性，提供技术支持。

控制高速列车噪声是实现高速铁路可持续协调发展的必然要求。项目以控制高速列车的气动噪声为目标，对高速列车的脉动压力、气动噪声等问题进行深入研究。.采用LES法对车头曲面的脉动压力进行了数值计算，得出了脉动压力的分布特性：在流场中某点处产生的脉动压力主要影响该处本地，对其余点的影响作用随着距离的增加而迅速减弱；脉动压力的频带很宽，无明显的主频率。各点脉动压力的频谱在低频时幅值较大，随着频率增加，幅值以负指数规律持续下降。脉动压力1/3倍频程频谱的主要能量集中在20Hz-500Hz频率范围内，随着列车运行速度提高，频谱的主要能量范围有向高频移动的趋势。. 采用声学模拟理论计算了高速列车流线型头部、纵向对称面的气动噪声，对高速列车的纵向对称面型线、车头曲面、车辆连接处外形进行了组合优化。采用三维LES法和声模拟方法计算了截面为矩形、圆形、椭圆形时受电弓绝缘子的气动噪声。从这一系列的研究中得出了如下结论：气动噪声在很宽的频带内存在，是一种宽频噪声。在低频时，声压幅值较大，随着频率升高，幅值下降。当来流速度一定时，距离气动噪声源越远，总声压级越低，但总声压级的衰减幅度却减少。当来流速度增加，距离发声点越远，总声压级的增幅越小。减少车辆连接处的棱角，将列车外形设计成内凹形，能有效降低气动噪声。将绝缘子截面设计成椭圆形，且椭圆长轴跟气流流向一致，或加大受电弓零部件尺寸，减少受电弓零部件的数量，是降低受电弓气动噪声的有效途径。. 建立了高速列车司机室气动噪声计算的边界元及统计能量分析模型，对气流扰动引起的司机室内气动噪声进行了仿真分析，得出了司机室内的平均A声级。制订了修改司机室内饰和增加司机室前窗玻璃厚度两种降噪方案。得出了如下结论：在25 Hz -500 Hz之间的区域，司机室内的声压幅值都较大，说明司机室内的气动噪声主要是中、低频噪声。纵向中截面型线附近的场点声压级都较大，说明中截面型线对气流的扰动较严重，在满足使用要求的前提下，对中截面型线进行低噪声优化设计，可降低司机室内的气动噪声。在车顶曲面原有内饰层的基础上，加0.01米厚、损耗因子为0.5的夹板，司机室前上部声腔和后上部声腔的总声级分别降低了1.23dBA和1.24dBA。司机室前窗玻璃厚度由4mm增加到5mm，前上部声腔和后上部声腔的总声级分别降低了0.87dBA、0.76dBA。