[发明专利]声学风洞内高速列车受电弓模型气动噪声快速预测方法

说明书

本发明公开了一种声学风洞内高速列车受电弓模型气动噪声快速预测方法，包括以下步骤：S1、建立单个圆柱杆件在自由来流条件下辐射的远场噪声理论模型，将受电弓当成不同来流角度和观察角度的杠杆组合，得到幅值系数，通过远场噪声理论模型和幅值系数得到整个受电弓的气动噪声预测理论模型；S2、计算受电弓的气动噪声频谱，将受电弓的气动噪声频谱代入受电弓的气动噪声预测理论模型中并配合实验数据库得到气动噪声预测理论模型的各项系数；S3、对受电弓的气动噪声预测理论模型的各项系数进行结果修正，得到最终的受电弓远场噪声预测结果。本发明提出的一系列修正方法能全部或部分应用于受电弓及其部件的风洞试验数据修正。

技术领域

本发明涉及空气动力学技术领域，具体涉及一种声学风洞内高速列车受电弓模型气动噪声快速预测方法。

背景技术

随着运行速度的提高，高速列车的气动噪声问题愈加突显出来。有效认识高速列车气动噪声特性是降低列车噪声，提高列车运行经济性和乘坐舒适性的前提。而受电弓产生的气动噪声作为整车运行过程中气动噪声的主要组成部分，研究和评估其噪声大小显得尤为重要。准确认识和把握受电弓气动噪声机理和特性是认识和控制整车噪声的基础和关键。

目前条件下，获取受电弓气动噪声主要依赖于风洞试验和数值模拟。风洞试验周期较长，模型稍有变动则需重新设计加工模型，费时费力。数值模拟对受电弓这种复杂模型准度难以把握，尤其是受电弓多由各种细小杆件及弹簧底座构成，涡固干扰流场复杂，加上壁面干扰，难以得到准确合理的远场噪声值。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种声学风洞内高速列车受电弓模型气动噪声快速预测方法解决了依赖风洞试验和数值模拟难以得到准确合理的受电弓气动噪声的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种声学风洞内高速列车受电弓模型气动噪声快速预测方法，包括以下步骤：

S1、建立单个圆柱杆件在自由来流条件下辐射的远场噪声理论模型，将受电弓当成不同来流角度和观察角度的杠杆组合，得到幅值系数，通过远场噪声理论模型和幅值系数得到整个受电弓的气动噪声预测理论模型；

S2、计算受电弓的气动噪声频谱，将受电弓的气动噪声频谱代入受电弓的气动噪声预测理论模型中并配合实验数据库得到气动噪声预测理论模型的各项系数；

S3、对受电弓的气动噪声预测理论模型的各项系数进行结果修正，得到最终的受电弓远场噪声预测结果。

进一步地：所述步骤S1中单个圆柱杆件在自由来流条件下辐射的远场噪声理论模型具体为：

上式中，为单个圆柱杆件在自由来流条件下辐射的远场噪声理论模型，为空气密度，为音速，为来流速度，为声源和观察者之间的距离，为斯特劳哈尔数，为升力系数均方根，为圆柱长度，为展向参考长度，为圆柱直径，为指向性函数，为观察者相对于圆柱升力线的方位角，为圆柱等效迎角，为观察者与圆柱垂面相对于来流的夹角，M为来流马赫数。

进一步地：所述步骤S1中幅值系数为：

上式中，为幅值系数，S为组成受电弓的每个杆件的总面积。

进一步地：所述步骤S1中整个受电弓的气动噪声预测理论模型为：

上式中，为整个受电弓的气动噪声预测理论模型，为标准的归一化谱函数，且，f为分析频率，i为杆件编号。

进一步地：所述步骤S2中气动噪声频谱的计算公式为：