气动声学的经典技术和应用

1、气动声学的经典技术和应用杨志刚高速列车研究中心2022-4-14中南大学 高速列车研究中心2主要内容1. 声学技术的工程应用声学技术的工程应用航空声学问题水声学问题2. 流体声学技术的发展流体声学技术的发展模型和数值方法声学试验技术3. 高速列车的声学问题高速列车的声学问题高速列车噪声分析高速列车过隧气压爆波分析2022-4-14中南大学 高速列车研究中心31、声学技术的工程应用如何在保证运行效率的情况下抑制噪声？舒适性声疲劳环境噪声限值2022-4-14中南大学 高速列车研究中心4航空声学问题n严格的适航认证FAAn国际民航的准入制度机体噪声安装效应起落架噪声发动机噪声2022-4-14中南

2、大学 高速列车研究中心5发动机结构声学抑制问题2022-4-14中南大学 高速列车研究中心6短舱声学问题2022-4-14中南大学 高速列车研究中心7某实际声衬的声抑制效果2022-4-14中南大学 高速列车研究中心8发动机喷流噪声问题2022-4-14中南大学 高速列车研究中心9机体噪声问题起落架噪声副翼、襟翼噪声2022-4-14中南大学 高速列车研究中心10安装效应发动机与机体的相对位置导致的声屏蔽作用以及发动机流体扰动与机体边界的相互作用问题2022-4-14中南大学 高速列车研究中心11噪声抑制效果 1970s-now -30dB2022-4-14中南大学 高速列车研究中心12水声学

3、SonarSubmarine潜艇自辐射噪声的抑制问题对主动声呐反射噪声的抑制问题2022-4-14中南大学 高速列车研究中心13潜艇声散射和声辐射抑制n潜艇消声瓦敷设的优化n低频薄层消声瓦+主动控制：PVDF智能泡沫n低噪声推进潜艇泵喷推进2022-4-14中南大学 高速列车研究中心14消声瓦效果的研究n声管试验研究+消声水池实验n海上实测n声散射的边界元-20020 x0z05yXYZ0.060.230.390.560.730.891.061.221.391.56012345678910012|f|/sqrt(pi)/aka T.K. Staton 1100 nodes 600 nodes2

4、022-4-14中南大学 高速列车研究中心152、流体声学技术的发展n理论和数值的发展n声类比理论n边界元、有限差分等方法n实验技术的发展n声管试验n构建消声环境n相控声阵列技术和声全息技术2022-4-14中南大学 高速列车研究中心16模型和数值技术的发展LighthillLighthill声类比理论声类比理论稳定流场的稳定流场的声学模型声学模型边界元边界元有限元有限元扰动较剧烈流扰动较剧烈流场的声学模型场的声学模型FW-HFW-H边界模型边界模型近场近场CFDDNSDNSLESLES强扰动流场的强扰动流场的声学模型声学模型FW-HFW-H边界模型边界模型近场近场CAA谱离散谱离散方法方法各

5、种间断各种间断处理方法处理方法计算能力的发展计算能力的发展气动声学气动声学流体力学流体力学1950s1970s1990s2000s2022-4-14中南大学 高速列车研究中心17声类比理论四极子源项：四极子源项： 偶极子源项：负荷噪声偶极子源项：负荷噪声 单极子源项：厚度噪声单极子源项：厚度噪声 2022-4-14中南大学 高速列车研究中心18实验技术的发展：声管试验驻波管法测量材料的正反射吸声特性2022-4-14中南大学 高速列车研究中心19实验技术的发展：消声环境喷流试验喷流试验发动机进气端试验发动机进气端试验2022-4-14中南大学 高速列车研究中心20相控声阵列和声全息成像技术60

6、通道螺旋声阵列256通道声成像点阵Beamforming技术，利用相位关系，寻找声源的可能位置反声技术，利用声辐射模型反演，计算声源的准确位置较远距离（米级）大范围声源区近距离（厘米级）小范围2022-4-14中南大学 高速列车研究中心213、高速列车的声学问题n噪声限制标准n噪声问题分类n车外噪声n车内噪声n气压爆波2022-4-14中南大学 高速列车研究中心22高速列车噪声限制标准nGB 3096-2008 声环境质量标准nGB 12525-1990 铁路边界噪声限值及其测量方法n修改方案nGBT 5111-1995 声学 铁路机车车辆辐射噪声测量nGBT 12816-2006 铁道客车内

7、部噪声限值及测量方法2022-4-14中南大学 高速列车研究中心23高速列车声学问题分类n列车周围流场扰动产生的气动声学问题n列车内部环境噪声问题n列车过隧道产生的气压爆波问题2022-4-14中南大学 高速列车研究中心24高速列车外部噪声特点n结构振动冲击噪声n轮轨n动力装置与连接装置n流噪声n车顶部的受电弓和导流罩n车底部（转向架和连接装置）n车头部以及车体连接部位n集电噪声n受电弓n250km/h以上，流噪声占主导地位2022-4-14中南大学 高速列车研究中心25流噪声源n车体周围流场扰动的四极子声源n包括流场剪切、绕流、间隙流动等n车体受到的流场载荷力形成的偶极子源2022-4-14

8、中南大学 高速列车研究中心26高速列车外部噪声分析66点阵相控声阵列测试系统点阵相控声阵列测试系统 2022-4-14中南大学 高速列车研究中心27高速列车外部噪声实测2022-4-14中南大学 高速列车研究中心28动模型实验台声屏障声学试验2022-4-14中南大学 高速列车研究中心29高速列车内部噪声分析8*8点阵声全息技术2022-4-14中南大学 高速列车研究中心30CRH2机车室噪声测量2022-4-14中南大学 高速列车研究中心31高速列车过隧气压爆波2022-4-14中南大学 高速列车研究中心32高速列车过隧气压爆波-大瑶山136.65136.70136.75136.80136.85136.90136.95137.00137.05-150-100-50050100150200250300350400 20m 4393Pressure: PaTime: s1656.251656.301656.351656.401656.451656.501656.551656.601656.651656.701656.75-100-50050100150Pressure: PaTime: s147.45 147.50 147.