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高速列车的气动噪声与列车运行速度的六次方成正比,随着列车运行速度的不断提高,气动噪声将超过牵引噪声和轮轨噪声,成为高速列车的主要噪声源。气动噪声传到车内会严重影响乘客乘坐的舒适性,向周围环境辐射传播会引起环境噪声污染并对铁路沿线居民的生活和工作产生重大影响。在我国大力发展高速铁路的大背景下,高速列车的气动噪声问题已经成为亟待解决的关键问题。开展高速列车气动噪声产生、传播机理及其控制技术措施的研究,具有十分重要的科学和工程意义。本文旨在通过理论分析、数值模拟与试验测量相结合的方式,深入研究高速列车气动噪声产生与控制的机理,从而为我国高速列车的头型筛选和外形优化设计提供科学依据和技术支撑。
在对NLAS/FW-H混合数值计算方法进行验证的基础上,采用该方法研究和分析了高速列车受电弓系统、头尾部、车厢连接处和转向架区域等关键部位气动噪声产生的机理,噪声源的特性,辐射噪声的时空分布和频率谱,以及传播规律。
开展了高速列车气动噪声的现场测量。在京津城际高速铁路附近,运用单通道手持式声级计现场测量了高速列车在线运行时的气动噪声大小和频谱分布。分析了郑西线高速列车在线运行时列车表面的气动噪声测量数据,并与计算结果进行比较。在京沪高速铁路徐州-蚌埠先导科学试验段,测量我国新一代CRH380AL型高速列车在不同速度下、不同位置处的车内噪声大小和频谱分布。
基于大规模并行计算,研究和分析了三辆编组具有真实复杂几何外形的高速列车整车气动噪声,并通过声学风洞试验对我们的计算结果进行验证。评估了不同头型方案的气动噪声水平,选出气动噪声较优的方案,作为我国新一代高速列车外形设计的参考。