高速车辆车内气流噪声的理论计算方法研究

随着对车辆其它噪声源的有效控制和行驶速度的不断提高，高速车辆所引发的气流噪声已成为影响车内噪声的主要噪声源之一。车内气流噪声严重影响了车辆乘坐的舒适性，因此必须对其加以研究和控制。 本文首先利用ANSYS有限元软件，选用湍流模型对汽车外部流场进行了数值模拟，通过研究汽车外部流场的速度分布和表面静压力分布，对汽车外部流场特性进行了定性分析，并通过对以车辆外形为边界的N-S方程进行直接数值计算，得到了车内气流噪声的主要声源——车辆表面脉动压力的数值解，结果与试验吻合良好。在此基础上，利用Helmholtz方程和Green函数建立了车内声场数学模型，通过对弹性薄板进行能量流分析，利用Corcos模型和Smolyakov-Tkachenko模型，推导出理论求解模型壁板表面振动速度的计算方法，并编写了边界元法(BEM)计算程序，对车内气流噪声的固体声分量进行了理论计算，发现计算结果与实验结果相比，在低频段吻合良好，在中高频段误差较大。同时，根据统计能量分析(SEA)理论，建立了车辆模型的固体传声和泄漏声SEA模型，通过理论计算和实验测量确定了模型各子系统的SEA参数，通过编写计算程序对车内声场进行理论计算，发现计算结果与实验结果相比，在中高频段吻合良好，在低频段误差较大。此外，通过对车辆缩尺模型进行风洞试验，分析研究了高速车辆表面流态、A立杜附近的流场状况、侧板表面脉动压力的分布、侧窗玻璃表面脉动压力对车内声场的影响、以及不同位置小孔泄漏对车内气流噪声的影响。 在上述研究的基础上，本文首次提出利用BEM与SEA相结合对高速车辆车内气流噪声进行理论估算的方法，即用BEM分析车内气流噪声的低频段固体声分量，用SEA分析车内气流噪声的中高频段固体声分量和车内气流噪声的空气声分量。通过将空气声和固体声两部分能量进行叠加，估算出同时考虑固体传声和泄漏传声时车内气流噪声的理论声压级，与车辆缩尺模型的风洞试验结果比较，结果表明：利用BEM与SEA相结合的方法，比分别单独使用BEM或SEA方法来估算，具有较高的精度，且更符合车辆(特别是密封性不理想的车辆)的实际。