Page 128 - 《应用声学》2021年第4期

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出版资料可以看出，目前国内外高速动车组气动
0 引言
噪声风洞试验的最高速度为 250 km/h，对于时速
高速动车组噪声主要由牵引系统噪声、轮轨 300 km/h 及更高运行速度的动车组气动噪声特性
噪声及气动噪声组成，当动车组运行速度低于 分析，缺乏有效的风洞试验测试数据支撑。本文研
35 km/h 时，牵引噪声起主导作用；动车组运行速 究基于绵阳中国空气动力研究与发展中心低速空
度大于 35 km/h 而小于 250 km/h 时，轮轨噪声起 气动力研究所的声学风洞平台，首次将高速动车组
主导作用；动车组运行速度超过 250 km/h 时，气动 气动噪声风洞试验的试验速度提升到 300 km/h 以
噪声起主导作用 [1−3] 。随着高铁行业的迅猛发展， 上，并重点分析了300 km/h运行速度下受电弓及转
我国大部分线路的高速动车组运行速度已经超过 向架对远场气动噪声的贡献和频率特性。数值仿真
300 km/h，部分线路达到350 km/h。高速动车组气 是研究近场气动噪声的有效方法，可以避免测试设
动噪声不仅引起车内噪声污染降低乘客舒适性，而 备及支撑设备对模型气动流场的干扰。APE具有无
且严重影响沿线居民的正常生活。因此通常将低气 需求解密度方程、计算成本相对较少的优点，因此
动噪声设计作为高速动车组开发的关键技术和重 特别适合高速动车组等复杂气动噪声计算的问题。
要内容之一，非常有必要对高速动车组气动噪声特 本文基于 APE，以表面湍流脉动压力级、表面声压
性进行研究并加以改善。 级和声功率级为评价指标，分析高速动车组车头近
国内外学者对高速动车组气动噪声特性展开 场气动噪声特性。
了初步研究。Nagakura [4] 基于新干线列车 1 : 5 缩
比模型风洞试验，得到了 200 km/h 风速下新干线 1 气动噪声风洞试验
列车模型气动噪声源的分布情况和车头区域远场
1.1 风洞设备及模型
气动噪声。孙振旭等 [5] 采用非线性声学求解方法
风洞试验在绵阳中国空气动力研究与发展中
(Nonlinear acoustic solver, NLAS)对近场气动噪声
心低速空气动力研究所的 5.5 m × 4 m 声学风洞四
进行研究，得到了 CRH3 型高速列车不同部位的气
分之三开口试验段进行，最大风速100 m/s，试验段
动噪声贡献量。张军等 [6] 基于稳态流场结果，使
外包围着全消声室。在风速 80 m/s 时，背景噪声为
用宽频带噪声源模型计算得到 CRH3 型高速列车
75.6 dB(A)。试验段采用下置式地板模拟地面，地
车身表面气动噪声源，并得到车体表面声功率级
板与前缘喷口无缝连接，在其上安装路基、轨道和
分布情况。刘加利等 [7] 结合大涡模拟 (Large eddy
模型。模型为某高速动车组3车编组1 : 8缩比模型，
stimulation, LES) 和统计能量分析方法 (Statistical
如图1所示。
energy analysis, SEA)，计算得到了高速动车组车
内气动噪声分布特性。高阳等 [8] 基于某高速动车组
1 : 8 缩比模型风洞试验，测试分析得到 250 km/h
风速下转向架和受电弓噪声是高速动车组模型的
最主要气动噪声源。在此基础上，采用 LES 获得
车身湍流脉动压力，基于 FW-H 方程和声扰动方程
(Acoustic perturbation equation, APE) 分别获得
远场噪声和近场噪声，建立了一整套头型气动噪声
预测方法，并基于 250 km/h 运行速度进行了风洞
试验验证 [9] 。张亚东等 [10] 结合数值仿真和风洞试
图 1 高速动车组模型及测点位置
验，以受电弓为主要气动噪声源进行降噪研究，得到
Fig. 1 High-speed train model and locations of
了低噪声的受电弓结构。李辉等 [11] 基于数值仿真 microphones
方法，分析了高速动车组转向架气动噪声特性及噪
声产生机理。 1.2 测点位置与试验工况
风洞试验是研究远场气动噪声较有效的方法， 在模型侧面布置 10支远场传声器，测量试验模
具有精度高、影响小等优势。根据可公开查阅的 型的远场气动噪声辐射特性。传声器排成一排，距