【风扇降噪专题】翼型噪声“T-S 声波”_XFlow_湍流_汽车

【风扇降噪专题】翼型噪声“T-S 声波”

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本文摘要：（由ai生成）

本文探讨了翼型表面流动机理和T-S声波现象在飞机机翼和轴流风扇噪声控制中的应用。逆压梯度下流体粘性作用导致湍流和大尺度漩涡，是翼型噪声的基本机理。T-S声波描述了声波与湍流的相互作用。为避免T-S声波循环，飞机机翼增加扰流器，而轴流风扇则通过叶片表面制作台阶来降噪。实验证明，此方法可有效降噪1~2dB。此外，汽车天窗和侧窗的风振现象也涉及T-S声波机理。综上，T-S声波控制技术对噪声控制具有重要意义。

图1显示翼型上侧表面流动漩涡发展轨迹，前缘边界层内层流边界层逆压梯度（dp/dx）小于零，由于流体粘性作用速度会沿着壁面法向逐渐的增大。随着翼型截面的变化，逆压梯度（dp/dx）逐渐增大并在某个临界位置摆脱流体粘性束缚形成湍流，这个时候法向速度会在近壁区形成回流，与主流方向正好相反。随着湍流的发展接下来就会在翼型的后半部分形成大尺度漩涡，彩图非常清晰的显示了这个过程。

图1：翼型表面边界层发展示意图

整个翼型表面流动机理如图2 所示，前缘表面附近主要是层流边界层，中部是层流演化为湍流过渡段，尾缘附近是湍流区。在尾缘附近速度脉动急剧增强，其中一部分能量转化成声波向空间传播。这就是翼型在均匀来流下噪声源最基本的机理。

图2：翼型表面边界层分布示意图

尾缘产生的声波在空间四周传播，声波扰动的能量可以促进前缘附近的层流转化成湍流，激发的湍流发展到尾缘附近又会补充当地声波能量。声波与湍流之间如此反复作用，在翼型表面就形成了一个声激励与声传播的循环过程（Feedback loop），这个过程产生的声场在频谱上表现为一组离散的峰值频率。Prandtl 首次提出这个现象，当时也没有多少人相信。1930年，Tollmien 和Schlichting研究并论证了Prandtl的设想，学术界也就命名为T-S 声波。

图3：T-S声波和频谱分布

T-S声波真是刷新了本人关于湍流与声波之间相互关系。可能很多人理所当然认为湍流中的漩涡是产生声波的激励源，但是很少会想到微小的声波能量还可以反作用于湍流的发展。两者在翼型流场中循环作用并形成一组固定频率的声场，听起来好似上帝有意散布的神话。当然作者右脑想象力有限，T-S声波的原理讲解还是不够清晰，来一张基于DNS计算得到的T-S声波三维图片。

图4：三维T-S声波分布

T-S声波会影响飞机机翼在某些工况下的升力和阻力，因此机翼上表面通常会增加一列扰流器来避免湍流和声波之间形成Loop。图5所示为一种扰流器处理方法。

5：机翼扰流器

EBM在十年前就开始研究Turbulator在轴流风扇上降噪应用。首先通过叶片表面流线分布得到层流向湍流转化位置，此处称作T-S激发线。然后对应在叶片表面制作台阶来破坏此处的T-S声波循环。注意当前轴流风机的T-S激发线靠近叶片尾缘位置。

图6：轴流风扇扰流器

为了评估不同Turbulator台阶深度对噪声的影响，如图7搭建了参数化建模、XFlow 噪声计算和NSGA优化算法进行快速寻优设计。这套流程建立后，也可以进行其他方向的快速优化设计，后期相关专题会再次引用。

图7：风扇Turbulator优化设计流程

优化设计的实测结果如图8所示，Turbulator 在无量纲风量系数0.15~0.25内均可以达到降噪效果，降噪幅度1~2dB。

图8：轴流风扇Turbulator降噪效果

EBM 官网中3250J 轴流风机采用了Turbulator设计，介绍材料表明Turbulator可以使风机风量上升~3%，噪声下降4dBA。说明Turbulator是一个非常好的降噪方案。

图9：轴流风扇Turbulator降噪效果

汽车天窗和侧窗风振现象也包含了T-S声波的机理。湍流产生的声波与车厢发生赫姆霍兹共振，共振声波会激发上游湍流产生同频率的声波来补充共振频率的声波能量，形成T-S 循环。PowerFlow计算的瞬态结果形象的展示了这个过程。

图10：汽车天窗/侧窗风振(PowerFlow)

来源：懿朵科技

【经验谈】“轨道交通行业NVH技术点有哪些？”——李奇博士带你揭秘

本文摘要：（由ai生成）中欧轨道交通NVH培训课程在上海举办，为期两天，有70多名专家参与。法国专家Brice NELAIN主讲，从“研发-维护”角度深入探讨了NVH问题，涉及全方位知识点。内容包括NVH技术应用、欧洲标准、开发流程、噪声分析、疲劳问题、设备集成等。此次培训意在助力中国轨道交通企业了解欧洲技术进展，发现自身短板，提升NVH性能及可靠性，以更好地应对全球市场的风险和挑战，同时探讨延长机车寿命和降低成本的方法。一个讲了2天，70人参加的中欧轨道交通行业NVH培训课程是什么样子？李奇博士带您揭秘。一、活动的劲爆点（1）第一次从“研发—维护”角度讲授NVH问题。在国内主机厂及零部件企业探索如何在研发端引入NVH分析工具与方法，提升产品NVH性能之际。欧洲同行在30余年的经验/数据积累基础上，已经提出基于NVH技术的“智能研发-智能维护”产品全寿命周期管理理念，并开发出一系列的研发流程、仿真软件与硬件系统。（2）进入欧美市场前，您是否了解欧洲同行使用的标准？车内标准、车外标准？振动标准、噪声标准？（3）出口到欧美的机车项目如果面临NVH严苛指标，怎么办？VibraTec与懿朵科技将为您兜底！会场介绍了配合某个国内主机厂出口欧美项目的NVH性能开发完整服务流程。（4）轨道交通NVH知识点的全面性讲授。在全国范围内，第一次从机车整车、零部件、运营商角度介绍了NVH的标准、问题及控制方法。什么事情由主机厂干？什么事情需要零部件企业考虑？作为运营商，NVH问题又意味着什么，如何提要求，如何使用这些数据？（5）机车整车NVH正向开发流程详细介绍，从仿真到试验的V型研发流程，声源-传递路径-接收者三个角度研究与控制。典型声源、振源的预测，空气声/结构声的传递路径分析方法，车内与车外NVH性能分析与控制。部分工作国内同行均在摸索开展，但只有掌握所有的技术细节才能决定您应用研究方法的正确性与获得结果的可靠性。（6）轮轨噪声是机车的主要声源。您知道轮轨噪声分析方法吗？弹性车轮如何建模分析？压缩的橡胶材质如何模拟？材料参数如何获取？车轮失圆、多边形、磨损等问题如何识别、分析、控制？（7）振动引起的机车及零部件疲劳问题是当前困扰行业的难题。您使用的分析方法与流程是否正确？引用的标准是否合理？甚至标准是否适用？欧洲同行都是如何分析的？（8）您了解设备集成的方法与标准吗？其与整车的耦合分析如何进行？对于整车振动响应，为什么要进行机车-轨道耦合分析？如何开展？（9）如何验证仿真模型？如何确保用于验证仿真模型的试验的鲁棒性与可靠性？（10）作为运营商的您，是否知道如何延长机车的使用寿命?如何减少轨道减振措施的应用,节省成本?哪种车对轨道损伤最大？按照现行的车次安排，轨道预期寿命多久？哪段轨道是安全的，哪段轨道应该立即维护，哪段轨道应该在多少时间内维护？ Figure 1 部分学员全家福二、活动信息时间：2018年3月22-23日地点：上海皇冠晶品酒店 Figure 2会场情况人物：战斗在中国轨道交通行业一线的70多名专家、领导（来自运营商、整车、零部件企业）。主讲嘉宾：懿朵科技欧洲技术中心法国专家Brice NELAIN（帅哥）。 Figure 3 回眸一笑 Figure 4 学员积极提问 Figure 5声泄漏与异响诊断设备（NoiseScanner） Figure 6 培训证书（学员有所收获，企业能力升级）三、活动感悟近几年随着国家对轨道交通基础设施的大力投入，主机厂与零部件企业获得了广阔的发展空间，高铁也成为一张国家名片，获得赞誉。但奋斗在第一线的机车人都知道，中国轨道交通技术积累仍然薄弱。伴随一带一路国策，产品进入全球市场，企业将面临各种风险与挑战，产品的NVH性能及可靠性是挑战之一。一批先知先觉的企业早已行动起来，在NVH方向投入资源、实施项目，入门虽有先后，能力虽有高低，但已逐步识别风险并建立风险管控的方案，并建立外部供应商体系。但与欧洲同行相比，在NVH技术研究的广度、深度方面都有较大差距。在基于NVH技术的“智能研发-智能维护”产品全寿命周期管理上，差距尤为明显。期望这次培训能作为一个开端，让大家了解欧洲同行的研发进展，发现自身的不足。让我们共同努力，推动中国轨道交通事业的进步。四、后续计划这次培训是应部分企业要求而举办，后续我们将举办电驱动（电机+齿轮箱）NVH高级培训、气动噪声分析等课程，敬请关注。附：会议组织方介绍法国VibraTec集团成立于1986年，在声源诊断、故障排查、振动与噪声分析、实验台设计等方面具有非常丰富的经验与技术。VibraTec公司开发了一系列专业工具/方法，如轮轨噪声分析软件StarDamp、声学包/通过噪声设计软件SonorSoft、齿轮传动振动声学模拟软件VibraGear、电磁噪声分析软件VibraVolt、声源诊断仪NoiseScanner、轨道交通智能维护系统RAMP等。懿朵科技是一家以NVH技术服务为特色的工程软件及服务提供商。团队成员历年来解决的声学问题包括了车辆NVH开发、风噪分析、空调系统噪声分析与控制、声品质评价、电机降噪、风机噪声控制等方面。目前在智能研发、智能维护等领域不断开拓进取。来源：懿朵科技