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(以下简称指向性)是铁路列车噪声辐射的重要特性之一,也是研究铁路噪声室外传播和预测计算方法中的重要基础问题。国外对此问题作了一些研究,结论不尽相同[1,2]。当指向性参数用COSnθ表示时,一般研究的结果认为,对于A声级时n=0~2。当n=0时称为单极子声源,n=1时称为中间指向性声源,n=2时称为偶极子声源。国内对列车噪声的A声级指向性也作了一些探讨,多认为n=2[3]。但从所了解的国内外文献资料看,研究主要是针对A声级的指向性,未查到有关列车噪声指向性频率特性的资料。

　　声波户外传播的声衰减与声音的频率特性密切相关,为了解决铁路列车噪声的预测,本文根据现场实测资料,对列车噪声指向性的频率特性进行了分析研究。

　　1　理论分析

　　列车噪声以轮轨噪声为主,每一组转向架可视为一个具有一定指向性的声源。一列火车可认为是由系列点源组成的有限长运动线声源,如图1所示。

式中:P1和r1分别为点声源的参考声压和参考距离,Pr为基准声压。COS2θi为点源的指向性参数。

　　由于每个点源均以速度v运动,对于观测点O而言,在某一瞬时所接受到的声波,不是在距离ri处辐射的,而是在距离r0处,如图2所示,故应以r0代替ri。

　　由于

令D=d/l,X=x/l,B=b/l,R=r1/l,以r0替代ri后,则由式(1)得:

　　则根据式(4)绘出的列车辐射噪声的典型时序分布图如图3~5所示。

　　因报告篇幅所限,只选择了100km/h的3种指向性曲线图作为示例,根据式(4)可以绘出其它各种不同速度、不同指向性、不同距离的曲线族。通过比较这些曲线可以看出有以下一些特征:

　　(1)不同指向性具有明显不同的时序曲线。

　　(2)对于列车中部通过时的噪声,相同速度和相同距离的曲线中,n=0曲线的声级最大。

　　(3)相同速度和相同指向性的曲线,随着距离的增加,整条曲线变缓,变低。

　　这些特征说明在列车声源模拟和噪声预测时,指向性是一个重要的因素。

　　2　研究方法

　　采用实测的列车噪声时序分布曲线与不同指向性的理论时序分布曲线比较的方法,确定列车噪声的指向特性。

　　产生列车噪声的声源很多,如车轮、轨道、转向架、车体等。不同声源噪声的主要频率一般有所不同,其指向性也可能不同。为此在研究列车噪声的指向性时,采取按倍频程频谱分别确定相应的指向特性。

　　为尽量减少试验受地面、车速变化、气象条件等因素的影响,试验线路选择在京广线58km处。该段为高路堤,上行为焊接长钢轨,下行为25m短轨。测量期间列车速度稳定,天气晴朗,无风或微风。被测列车的牵引机车均为内燃机车,如东风4型、北京型和ND5型等机车。