随着列车速度的提升,气动噪声问题愈发突出,而受电弓引发的气动噪声占有较高比例,因此提出一种射流主动降噪方法。通过建立3节车编组的整车模型,采取定常SSTk-w湍流模型和宽频带噪声模型进行仿真,分析高速列车受电弓气动噪声声源及流场特性;基于LES和FW-H声学比拟理论分析研究气动噪声特性。数值计算结果表明,顺向射流降噪效果显著,逆向射流降噪效果不明显。在列车速度350km/h下,施加顺向射流的标准监测点平均总声压级降幅达6.04d B,数值算例结果验证了本文提出的射流主动降噪的有效性。

针对高速列车诱发的气动噪声问题,提出通过优化受电弓外形的降噪方法。基于Lighthill声学理论,应用宽频带噪声源模型、LES大涡模拟和FW-H声学模型对高速列车整车、原有受电弓及改进受电弓的气动噪声进行数值模拟,分析高速列车气动噪声特性、噪声源主要组成及改进受电弓的降噪效果,并得出仿真结果:高速列车气动噪声无显著的主频率,是宽频噪声;具有明显的速度依赖特性,速率越大声压级幅值越大;列车主要气动噪声源为受电弓、头车鼻尖、转向架等;仿生(宏观)改进受电弓与原有受电弓相比具有明显的降噪效果。研究表明,优化受电弓外形降噪方法的可行,也为优化结构部件的降噪方法提供一定的科学依据。

随着高速列车气动噪声诱发的铁路沿线噪声污染问题变得日益明显,需对高速铁路诱发的远场噪声特性进行研究。基于Lighthill声学理论,应用LES大涡模拟和FW-H声学模型对高速列车整车的气动噪声进行数值模拟,实测高速列车以300 km/h运行时的通过噪声,将仿真与实测进行对比分析。高速列车诱发的远场气动噪声是宽频带噪声,能量主要集中在200～1500 Hz的中低频带范围内。实测与仿真的噪声声压级频谱分析具有相似的变化趋势,但声压级数值不同;由于实测噪声数据不仅包括气动噪声,还包括轮轨、集电系统噪声等,所以实测数据普遍大于仿真结果。通过对比分析验证了仿真结果的科学性,为数值模拟方法研究高速列车气动噪声问题提供了科学依据。

受电弓及其空腔部位是高速列车主要的气动噪声源,降低这种噪声尤为重要。在以往的高速列车气动噪声研究中,对受电弓空腔部位的关注较少。针对高速列车受电弓及其空腔气动降噪问题,文中采用数值计算方法,研究简化的高速列车模型在350 kmh-1下,受电弓空腔前缘射流降噪处理方式的流场特性和噪声传播规律。结果表明,在纯空腔前缘施加射流可以显著降低空腔内和受电弓附近的非定常流动,当射流速度为27 ms-1时,空腔后壁声源在空腔顶部和侧部辐射噪声的声压级降低最大值为5 dB,受电弓侧面监测点的噪声显著降低。文中研究为低马赫数下的过渡式空腔射流降噪研究提供了参考。

针对高速列车不断提速导致气动噪声急剧增加产生的环境噪声污染问题,通过建立复兴号高速列车受电弓气动噪声分析模型,利用RNG k-ε模型、大涡模拟及FW-H声类比法对复兴号受电弓进行气动噪声源特性、远场噪声传播规律、频域分布规律进行研究。数值模拟结果表明整车最大噪声源部位为受电弓的弓头;受电弓的远场气动噪声在其质心指向弓头方向最大,远场气动噪声与传播距离的对数线性相关;受电弓气动噪声的频域较宽,分布在25~6000 Hz范围内,主频在145~315 Hz之间。根据研究结果,对主要噪声源即受电弓弓头进行仿生降噪研究,考虑高速列车双向运行特性,在碳滑板和圆杆上施加前后对称椭球状凸起结构,当碳滑板凸起60 mm、圆杆凸起10.5 mm时,降噪效果最明显,在7.5 m远处整车总声压级降低了2.56 dBA。

随着高速列车运行速度的不断提高,受电弓气动噪声也愈加严重。针对这一问题,文中采用LES大涡模拟、边界层噪声源模型和FW-H声类比法,通过建立某型号受电弓局部1∶1气动噪声分析模型进行数值模拟。文中研究了受电弓各部位的气动噪声贡献量,还探究了针对较大噪声位置空腔采用射流降噪方法的降噪效果。结果表明,当网格总数为4323万个时,数值模拟精确度满足要求。受电弓空腔上游和空腔中部绝缘子是气动噪声的主要来源。在射流降噪前后,空腔内部气动噪声均为宽频带噪声,主要能量集中在0~4500 Hz。对250 kmh-1行驶速度下的空腔进行主动射流降噪,距列车25 m远处的垂向监测点声压级最小值为81.65 dB,比降噪前降低了2.64 dB。

为降低高速列车受电弓部位的气动噪声,对受电弓底部空腔采用射流降噪的主动控制方法。建立高速列车纯空腔射流参数化模型,选用合适的数值模拟方法对参数模型进行流场和声场的对比分析计算,在保证空腔后壁面阻力系数尽量小的情况下,得到使空腔远场降噪效果最佳的射流方式。根据射流设计变量与相关力系数、远场噪声等优化目标之间的非线性关系,选用支持向量回归-多目标遗传优化设计算法,对已有的数值计算样本进行多目标寻优设计,获得一系列Pareto最优射流方式。结果表明空腔射流流量与流场、声场变化无明显线性关系,射流位置在空腔壁面偏上位置时降噪效果更好;受电弓空腔固有频率与声场峰值频率范围不同,避免了声腔共振的问题。研究空腔射流对受电弓的影响,发现受电弓弓头升力系数不受射流影响,并且降噪效果优于纯空腔射流,整体...

针对高速列车气动噪声的影响越来越明显的问题,基于Lighthill声学理论,应用宽频带噪声源模型、LES大涡模拟和FW-H声学模型对某型高速列车气动噪声进行数值模拟,分析某型高速列车的主要气动噪声声源及远场气动噪声特性,并以受电弓为主要气动噪声源进行降噪研究,主要考虑对受电弓上声功率最大的碳滑板进行低噪声外形优化。基于以上分析,得到优化后的受电弓与原有受电弓相比具有明显的降噪效果,最大声压级减小4dB左右,且其具有更好的空气动力学特性,阻力也减小不少,达到低噪声外形优化的目标。研究表明了通过优化受电弓外形来降噪的方法具有可行性,如果对列车其它部件也进行优化,那么整体的噪声能大大降低。

随着列车速度的大幅提升,气动噪声问题愈发凸显;受电弓噪声在整车噪声中占较高位置,为研究高速列车受电弓气动噪声特性,通过Lighthill声学理论的宽频噪声模型对高速列车气动噪声源进行识别,利用定常SST k-w湍流方法分析高速列车受电弓的流场特性;基于大涡模拟与FW-H声学比拟理论计算高速列车受电弓远场气动噪声;数值算例结果表明,受电弓部位的碳滑板、弓头为受电弓主要噪声源;以轨道中心线为对称线,远场气动噪声监测点的声压级及频谱特性表现出较高的对称性;在同一列车运行速度下,监测点声压级随离轨道中心线距离增大而减小,列车以不同速度运行时,其声压级降低的幅值相差较小;高速列车远场气动噪声为宽频噪声,主要能量集中在500～5 000Hz;提出一种射流降噪方法,在350km/h速度下,监测点总声压级值降低了15.2dB。

针对含有复杂非线性恢复力的单自由度电磁振动能量采集装置的系统辨识问题,提出一种电压映射识别方法。该方法能够在未知力学函数和电学函数具体形式的情况下,识别出采集系统的电磁机电耦合函数、等效电感函数、阻尼恢复力函数和弹性恢复力函数。利用含有五次多项式非线性恢复力的模型算例进行仿真验证,通过四阶龙格库塔法计算得到算例在简谐振动激励下随时间变化的响应;运用电压映射方法,成功识别了系统的电磁耦合函数、等效电感函数、刚度函数以及阻尼函数,与准确结果对比,识别结果具有良好的一致性。