第六章汽車空氣動(dòng)力噪聲第一節(jié)流場(chǎng)中的聲源

第二節(jié)汽車氣動(dòng)噪聲分析

第三節(jié)汽車周圍的流場(chǎng)與汽車的氣動(dòng)噪聲第一節(jié)流場(chǎng)中的聲源一、流場(chǎng)中聲源的分類

二、流場(chǎng)的狀態(tài)與氣動(dòng)噪聲

三、汽車的氣動(dòng)噪聲分布情況

四、外形的突起物對(duì)氣動(dòng)噪聲的影響

五、流場(chǎng)中的聲源與氣動(dòng)噪聲的關(guān)系一、流場(chǎng)中聲源的分類1.單極子聲源

2.雙極子聲源

3.四極子聲源

4.實(shí)際存在的聲源

5.壁面(軟、硬)上的湍流邊界層的聲源一、流場(chǎng)中聲源的分類圖6-1流場(chǎng)中聲源的分類1.單極子聲源單極子聲源可看做振動(dòng)質(zhì)量流量的點(diǎn)源，它是由純放射狀的運(yùn)動(dòng)壓縮周圍流體而發(fā)出聲的聲源。如果在點(diǎn)聲源的中心放置小風(fēng)船，則隨著該處流量的增減，風(fēng)船會(huì)伸縮，不論伸或縮，其都將發(fā)聲。2.雙極子聲源雙極子聲源由兩個(gè)很接近且相位差為180°的單極子聲源構(gòu)成。這兩個(gè)單極子聲源向內(nèi)部及向外部的流動(dòng)相同，它們沿軸成放射狀運(yùn)動(dòng)，具有聲場(chǎng)的最大指向性。3.四極子聲源兩個(gè)相位不同的雙極子聲源構(gòu)成了四極子聲源。由于軸的方向不同，四極子聲源分為兩種：橫向四極子聲源及縱向四極子聲源。4.實(shí)際存在的聲源現(xiàn)實(shí)存在的聲源，多為各種聲源的相位及時(shí)間交叉的特別集合體，大部分是雙極子和四極子聲源的集合體。當(dāng)研究噪聲問(wèn)題時(shí)，應(yīng)首先判斷噪聲的種類及各噪聲源間的相互作用。5.壁面(軟、硬)上的湍流邊界層的聲源(1)大而平的壁面(圖6-2)用滿足壁面不平滑，渦的大小與邊界層厚度大致相等的模型進(jìn)行的研究表明：非常大而平的壁面的前端和后端對(duì)噪聲的影響很小，可以忽略不計(jì)。

(2)堅(jiān)固的曲面壁(圖6-3)在堅(jiān)固的曲面壁上，產(chǎn)生雙極子聲源，其振幅在直線方向上與δ/R成線性關(guān)系，當(dāng)R?δ時(shí)，產(chǎn)生的聲可忽略不計(jì)。

(3)凸凹的壁面(圖6-4)在凸凹的壁面上，當(dāng)不考慮粘性(無(wú)分離狀態(tài))時(shí)，放射的聲場(chǎng)與雙極子聲源相同。

(4)表面處理過(guò)的壁面(圖6-5)表面處理過(guò)的壁面不僅產(chǎn)生單極子聲源，同時(shí)出現(xiàn)雙極子、四極子聲源。(1)大而平的壁面(圖6-2)

圖6-2大而平的壁面(2)堅(jiān)固的曲面壁(圖6-3)圖6-3堅(jiān)固的曲面壁(3)凸凹的壁面(圖6-4)

圖6-4凹凸的壁面(4)表面處理過(guò)的壁面(圖6-5)圖6-5表面處理過(guò)的壁面二、流場(chǎng)的狀態(tài)與氣動(dòng)噪聲圖6-6立方體的試驗(yàn)

a)棱角的立方體b)前端圓化立方體二、流場(chǎng)的狀態(tài)與氣動(dòng)噪聲圖6-7表面埋聲級(jí)計(jì)的方法

二、流場(chǎng)的狀態(tài)與氣動(dòng)噪聲二、流場(chǎng)的狀態(tài)與氣動(dòng)噪聲圖6-8表面聲壓級(jí)峰值分布

a)帶棱角的立方體(β＝0°)b)帶棱角的立方體(β＝30°)c)圓弧形立方體(β＝0°)

對(duì)應(yīng)的環(huán)境噪聲＝105dB(A)二、流場(chǎng)的狀態(tài)與氣動(dòng)噪聲圖6-9各種流場(chǎng)的平均噪聲分布二、流場(chǎng)的狀態(tài)與氣動(dòng)噪聲根據(jù)試驗(yàn)分析，各種流場(chǎng)的氣動(dòng)噪聲狀況如下：1)渦流區(qū)的聲壓高于附著流內(nèi)的聲壓級(jí)15～20dB。

2)簡(jiǎn)單地把方形立方體前端外形改成圓弧形，可使噪聲明顯降低。

3)在頻率為350～1000Hz的渦流處聲壓級(jí)最高，其次是再附著流處，再次是分離區(qū)。

4)圖6-8a所示的狀態(tài)下，前端部的分離區(qū)域內(nèi)越接近尾流區(qū)，噪聲越大。

5)方形立方體有強(qiáng)渦流生成區(qū)，噪聲非常大。

6)在氣流再附著區(qū)，越接近上流，噪聲越大，這是由于上流流速大所致。

7)圖6-10、圖6-11、圖6-12為圖6-6所示的供試體周圍的流動(dòng)模式圖。圖6-10帶棱角的立方體氣流流動(dòng)模式圖1二、流場(chǎng)的狀態(tài)與氣動(dòng)噪聲圖6-11圓弧形立方體氣流流動(dòng)模式圖二、流場(chǎng)的狀態(tài)與氣動(dòng)噪聲圖6-12帶棱角的立方體氣流流動(dòng)模式圖2二、流場(chǎng)的狀態(tài)與氣動(dòng)噪聲三、汽車的氣動(dòng)噪聲分布情況1.橫擺角為30°時(shí)的氣動(dòng)噪聲分布情況

2.橫擺角為20°時(shí)的氣動(dòng)噪聲分布情況1.橫擺角為30°時(shí)的氣動(dòng)噪聲分布情況圖6-13轎車模型側(cè)方和后窗的噪聲分布(橫擺角為30°)1.橫擺角為30°時(shí)的氣動(dòng)噪聲分布情況1)側(cè)窗前部的渦流區(qū)與箱狀物體相同，側(cè)窗后部與高頻渦流區(qū)相似，低頻區(qū)與再附著區(qū)相近。

2)后窗表面的噪聲分布與箱狀物的分離區(qū)相近。2.橫擺角為20°時(shí)的氣動(dòng)噪聲分布情況橫擺角為20°時(shí)，側(cè)窗前部的渦流區(qū)與箱狀物相同，側(cè)窗中部顯示出附著流特性,側(cè)窗后部顯示出再附著流特性，頂蓋上部的噪聲分布與附著流區(qū)相似。四、外形的突起物對(duì)氣動(dòng)噪聲的影響四、外形的突起物對(duì)氣動(dòng)噪聲的影響圖6-14分離流內(nèi)3點(diǎn)聲壓級(jí)的變化(距凸起

位置150mm、450mm、750mm下流的各點(diǎn))四、外形的突起物對(duì)氣動(dòng)噪聲的影響圖6-15由凸起高度引起的風(fēng)噪聲

變化(凸起距側(cè)窗內(nèi)50mm處)圖6-16風(fēng)噪聲的車速特性五、流場(chǎng)中的聲源與氣動(dòng)噪聲的關(guān)系五、流場(chǎng)中的聲源與氣動(dòng)噪聲的關(guān)系圖6-17有溝槽情況下的風(fēng)噪聲車速特性五、流場(chǎng)中的聲源與氣動(dòng)噪聲的關(guān)系圖6-18有大的吸出聲情況下的風(fēng)噪聲車速特性第二節(jié)汽車氣動(dòng)噪聲分析一、汽車氣動(dòng)噪聲的定義與分類

二、空腔共鳴與窗開(kāi)口共鳴聲

三、尖叫聲

四、風(fēng)扇噪聲

五、管系噪聲一、汽車氣動(dòng)噪聲的定義與分類(1)風(fēng)噪聲由于車身周圍的氣流分離致使其壓力變動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲。

(2)吸出聲(風(fēng)漏聲)由于駕駛室及車身縫隙吸氣與車身周圍氣流的相互作用而產(chǎn)生的噪聲(窗開(kāi)口除外)。

(3)其他噪聲1)由開(kāi)窗或窗開(kāi)口引起的噪聲；

2)尖叫聲；

3)風(fēng)扇噪聲；

4)導(dǎo)管、通氣管及水管等管系噪聲；

5)天線、刮水器、后視鏡及擾流器等車身附件振動(dòng)引起的噪聲。二、空腔共鳴與窗開(kāi)口共鳴聲圖6-19空腔共鳴器二、空腔共鳴與窗開(kāi)口共鳴聲共鳴器的共鳴頻率為：（6-1）三、尖叫聲把一個(gè)尖楔狀的物體放在從細(xì)縫中排出的氣流的后部，由于細(xì)縫排出的氣流在尾流區(qū)形成渦列，這種渦受到楔狀物很強(qiáng)的影響，致使流場(chǎng)的壓力產(chǎn)生很大的變動(dòng)而發(fā)出強(qiáng)聲，稱尖叫聲。四、風(fēng)扇噪聲(1)風(fēng)扇的外形

(2)減小風(fēng)上游的湍流度

(3)應(yīng)降低風(fēng)扇葉尖處及縫隙處產(chǎn)生的強(qiáng)噪聲。

(4)風(fēng)扇設(shè)計(jì)(1)風(fēng)扇的外形

應(yīng)盡量降低風(fēng)扇本體的阻力系數(shù)。在設(shè)計(jì)風(fēng)扇外形時(shí)，應(yīng)盡量縮小風(fēng)扇葉片尖端的間隙；注意使葉片角度及葉片彎曲度最佳化(葉片的彎曲度達(dá)某一臨界值之上時(shí)，效率會(huì)急驟惡化，噪聲也會(huì)升高)；葉片的弦長(zhǎng)應(yīng)最佳化，在葉片數(shù)一定的情況下，翼端弦長(zhǎng)增加，效率幾乎不變，但噪聲卻大大降低。(2)減小風(fēng)上游的湍流度應(yīng)消除風(fēng)扇與周圍物體(支柱或靜翼)的干涉。當(dāng)冷卻系處于強(qiáng)制冷卻狀態(tài)，風(fēng)扇工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大的風(fēng)量，而來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫使風(fēng)扇背部壓力增至很大，易于在風(fēng)上游形成湍流，應(yīng)該防止這一循環(huán)流。

(4)風(fēng)扇設(shè)計(jì)1)在盡量增大翼端附近的弦長(zhǎng)的前提下，確定風(fēng)扇的直徑、弦長(zhǎng)。

2)在盡量減小散熱器葉片間隙的前提下，確定散熱器罩的外形尺寸。

3)盡量降低散熱器的位置，使流入散熱器的風(fēng)與散熱器面罩成直角，散熱器的上下位置、傾斜角度應(yīng)為最佳。

4)盡量減小散熱器周圍的間隙。

5)合理選擇發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系風(fēng)出口的位置和大小。

6)合理選擇發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系風(fēng)入口的位置和大小。

7)注意格柵或支柱等部件外形的流線形化，使流入風(fēng)湍流減小。

8)設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系風(fēng)路時(shí)，應(yīng)使通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部的熱風(fēng)盡早排除。

9)盡量確保風(fēng)扇后部的間隙，但應(yīng)注意FR車與FF車不同。

10)在測(cè)量冷卻性能及噪聲狀況的同時(shí)進(jìn)行風(fēng)扇設(shè)計(jì)，確定葉片角度、葉片彎曲度以及風(fēng)扇罩的形狀。圖6-20FR車發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)流動(dòng)模式圖圖6-21FF車發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)流動(dòng)模式圖五、管系噪聲1.管系噪聲的形成

2.管系噪聲的計(jì)算式

3.降低管系噪聲的途徑1.管系噪聲的形成當(dāng)管內(nèi)有氣流并且氣流出現(xiàn)渦流或管壁振動(dòng)(特別在管的彎曲部、閥門(mén)、分支、斷面變化處)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生噪聲。這種噪聲隨氣流流速的增加而急驟增大。2.管系噪聲的計(jì)算式管系出口發(fā)出噪聲的聲功率級(jí)LW(dB)為（6-2）3.降低管系噪聲的途徑圖6-22聲波的頻率與流速的關(guān)系

——縱向定常波階段變化數(shù)

——橫向定常波階段變化數(shù)3.降低管系噪聲的途徑圖6-23管內(nèi)聲壓級(jí)的穩(wěn)定波與放出渦的狀態(tài)

第三節(jié)汽車周圍的流場(chǎng)與汽車的氣動(dòng)噪聲一、汽車的外部流場(chǎng)

二、汽車的內(nèi)部流場(chǎng)一、汽車的外部流場(chǎng)1.側(cè)風(fēng)作用下的外部流場(chǎng)

2.發(fā)動(dòng)機(jī)罩前端

3.前風(fēng)窗框

4.汽車側(cè)面及后窗周圍

5.輪罩下部1.側(cè)風(fēng)作用下的外部流場(chǎng)汽車在有側(cè)風(fēng)的狀態(tài)下行駛，受到來(lái)自斜前方的合成風(fēng)的作用，在A柱后方、側(cè)面玻璃位置有很強(qiáng)的分離渦和再附著流，由此產(chǎn)生數(shù)十赫茲以下和數(shù)百赫茲以上頻率很強(qiáng)的氣動(dòng)噪聲。2.發(fā)動(dòng)機(jī)罩前端由于發(fā)動(dòng)機(jī)罩的側(cè)部和上部出現(xiàn)氣流分離，所以會(huì)產(chǎn)生數(shù)百赫茲以下振動(dòng)頻率的氣動(dòng)噪聲。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)罩下面有間隙時(shí)，通過(guò)間隙又發(fā)出噪聲。3.前風(fēng)窗框吹向前風(fēng)窗框周圍的氣流，流向頂蓋和側(cè)窗(前柱后方)兩個(gè)方向。流向頂蓋的氣流在頂蓋前端部形成渦流，產(chǎn)生氣動(dòng)噪聲；流向側(cè)窗的氣流，在A柱分離，在其后部的側(cè)窗玻璃上產(chǎn)生很強(qiáng)的定常渦和再附著流，從而產(chǎn)生很強(qiáng)的氣動(dòng)噪聲。4.汽車側(cè)面及后窗周圍由于B、C柱及凸凹部位的設(shè)計(jì)不佳，可能導(dǎo)致產(chǎn)生氣動(dòng)噪聲。其原因是通過(guò)A柱、頂蓋的氣流流向側(cè)面和后窗玻璃時(shí)，遇到了外形凸凹的撞擊，在側(cè)面玻璃上出現(xiàn)一些較小的渦，從而產(chǎn)生氣動(dòng)噪聲。5.輪罩下部輪罩下部的凸凹導(dǎo)致氣流分離形成渦，產(chǎn)生較低頻率域的氣動(dòng)噪聲。輪罩內(nèi)車輪回轉(zhuǎn)的誘起風(fēng)以及發(fā)動(dòng)機(jī)室排出的風(fēng)的噪聲，是輪罩下部的噪聲產(chǎn)生的主要原因。