列车车厢连接处气动噪声控制装置、方法及列车与流程

本发明属于列车技术领域，更具体地说，是涉及一种列车车厢连接处气动噪声控制装置、方法及列车。

背景技术：

随着高铁行业的迅猛发展，我国大部分线路的高速列车运行速度已经超过300km/h，部分线路达到350km/h。在运行速度提升的同时，也造成了气动噪声的快速增加。车厢连接处本身为高速列车隔声薄弱环节，考虑到外风挡的使用寿命和车厢连接处设备检修问题，通常将高速列车外风挡设计成存在上、下缺口的形式。但是该设计方案会导致列车高速运行下产生的气动噪声激励源，经外风挡上、下缺口进入车体端墙和内、外风挡所围的空腔，引起该空腔的声学模态共振，从而产生强烈的噪声并经车身结构传入车内而影响乘客舒适性。

通过对列车350km/h运行速度下，靠近车厢连接处的车内机械师噪声信号采集及频谱分析，噪声频谱40hz对应的声压级高达105db，远大于其它频率的声压级，且机械师室内噪声低沉，人为主观感受为耳膜压迫感、烦躁，已严重影响机械师室的舒适性，急需明确产生的原因并进行有效控制。

为解决上述问题，现有技术采用的方案是采用全包式外风挡，取消外风挡的上、下缺口，使列车高速运行产生的气动噪声激励源无法进入车厢连接处的空腔，避免引起共振。但上述方案存在以下缺陷：

(1)此方案容易造成外风挡使用寿命降低，高速列车实际运行经验表明，在列转弯过程中，内侧外风挡频繁受到挤压容易在上、下缺口位置发生撕裂，该方案增加了外风挡的更换成本，而且在高速运行下，外风挡撕裂极易引发安全事故；

(2)此方案在进行车厢连接处设备检修时，需要完全拆卸外风挡，增加额外的检修成本和工作量，影响高速列车检修效率。

因此，急需提供一种可有效解决车厢连接处的噪声异常问题，同时保证行车安全和便于列车检修的装置和方法。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种列车车厢连接处气动噪声控制装置、方法及列车，旨在保证行车安全和便于列车检修的情况下，解决车厢连接处的噪声异常的技术问题。

一方面，提供了一种列车车厢连接处气动噪声控制装置，用于安装至车厢连接处的缺口处，包括：

固定安装部，用于安装于所述缺口靠近所述车厢的一端并与所述车厢固定连接；以及

扰流部，一端与所述固定安装部转动连接，另一端设置有扰流结构，所述扰流部的外轮廓与所述缺口的外轮廓相适配。

进一步地，所述扰流结构为波浪形、锯齿形或弧形结构。

进一步地，所述扰流结构和所述扰流部一体成型。

进一步地，所述扰流部与所述固定安装部形成合页结构。

进一步地，所述固定安装部为用于通过螺栓与所述车厢连接的平板。

进一步地，所述固定安装部为l型件体，所述l型件体的横向部用于通过螺栓与所述车厢连接，竖向部的外轮廓与所述缺口的外轮廓相适配并用于安装所述扰流部。

进一步地，所述固定安装部为一体成型结构。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下有益效果：与现有技术相比，将本发明实施例提供的列车车厢连接处气动噪声控制装置安装于车厢连接处缺口内，从根本上改变了车厢连接处气动噪声激励源，解决了车厢连接处噪声异常的问题，同时避免了车厢连接处发生空腔共振，延长了车厢连接处各部件的使用寿命。其中，扰流部与固定安装部转动连接，一方面，使得操作人员在列车非运行状态下，依然可以通过外风挡上、下缺口对车厢连接处进行检修；另一方面，通过调节扰流部与固定安装部之间的夹角，可以对高速列车不同运营速度下的气动噪声激励源进行有针对性的控制，达到最优控制效果。且采用上述列车车厢连接处气动噪声控制装置不会对列车的行车安全造成不良影响。

另一方面，提供了一种列车，包括多个依次设置的车厢，各个所述车厢用于与相邻所述车厢连接的一端上均设置有用于安装外风挡的安装座，所述安装座的上部和下部分别设置有缺口，所述缺口内设置有所述的列车车厢连接处气动噪声控制装置，任意相邻两个所述车厢上相对设置的两个所述列车车厢连接处气动噪声控制装置之间形成用于供气体进出的通气口。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下有益效果：与现有技术相比，采用了上述列车车厢连接处气动噪声控制装置，取得了基本相同的技术效果，在此不再赘述。

另一方面，提供了一种列车车厢连接处气动噪声控制方法，包括以下步骤：

采集列车实际运行情况下车内车厢连接处的噪声信号，并对数据进行频谱分析，确定车厢连接处噪声的频段和幅值；

根据车厢连接处异常噪声的频段和幅值，进行车厢连接处的气动噪声计算，确定噪声激励源；

进行列车车厢连接处的声学空腔模态计算；

根据以上各个步骤的计算结果，进行列车车厢连接处的气动噪声优化计算，确定能够避开车厢连接处空腔声学模态频率的所述列车车厢连接处气动噪声控制装置的结构。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下有益效果：与现有技术相比，提供了一种解决高速列车由气动噪声引起车厢连接处噪声异常的方法，适用于所有具有类似结构的高速列车。本发明实施例提供的列车车厢连接处气动噪声控制方法，采用了上述列车车厢连接处气动噪声控制装置的结构，起到了基本相同的技术效果，在此不做赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的列车车厢连接处气动噪声控制装置的使用状态结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的列车车厢连接处气动噪声控制装置的结构示意图；

图3为本发明另一实施例提供的列车车厢连接处气动噪声控制装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的列车中车厢连接处的结构示意图；

图5为列车以350km/h运行时，靠近5/6节车厢连接处的机械师室内噪声实测频谱图；

图6为列车仿真模型及车厢连接处子域模型示意图；

图7为监测点功率谱密度频谱图；

图8为车厢连接处空腔声学模态计算模型示意图；

图9为监测点功率谱密度变化示意图；

图10为声压级对比示意图。

图中：100、列车车厢连接处气动噪声控制装置；110、固定安装部；111、横向部；112、竖向部；120、扰流部；121、扰流结构；200、缺口；300、车厢；400、安装座。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

对现有外风挡结果进行仿真分析，得出车厢连接处气动噪声激励频率与空腔声学模态频率的2阶接近并由此激发共振，从而导致车内机械师室噪声异常。分析车厢连接处脉动总压力级云图可知，车厢连接处风挡上、下缺口后端形成的脉动总压力级远大于其他位置，因此控制风挡脉动总压力级应优先控制上、下缺口，因为这两个地方的声源很容易进入到内风挡并因此辐射到车内。

为解决上述问题，本发明实施例提供了一种列车车厢连接处气动噪声控制装置100。请一并参阅图1至图3，现对本发明实施例提供的列车车厢连接处气动噪声控制装置100进行说明。列车车厢连接处气动噪声控制装置100，用于安装至车厢连接处的缺口200处，包括固定安装部110和扰流部120。固定安装部110用于安装于缺口200靠近车厢300的一端并与车厢300固定连接。扰流部120的一端与固定安装部110转动连接，另一端设置有扰流结构121。扰流部120的外轮廓与缺口200的外轮廓相适配。

使用时，将列车车厢连接处气动噪声控制装置100安装至车厢连接处的缺口200内，通过固定安装部110与车厢300固定连接。相邻两个车厢300中相对设置的两个缺口200连通为一个两端封闭的通孔，位于上述两个缺口200内的两个列车车厢连接处气动噪声控制装置100之间形成供气体进出的通气口。列车高速运行下产生的气动噪声激励源，经过上述通气口时经扰流部120上扰流结构121的扰流后进入车体端墙和内、外风挡所围成的空腔内，进而避免声学模态共振现象在上述空腔中产生，进而避免了噪声的产生，保证了乘客的舒适性。

将本发明实施例提供的列车车厢连接处气动噪声控制装置100安装于车厢连接处缺口200内，从根本上改变了车厢连接处气动噪声激励源，解决了车厢连接处噪声异常的问题，同时避免了车厢连接处发生空腔共振，延长了车厢连接处各部件的使用寿命。其中，扰流部120与固定安装部110转动连接，一方面，使得操作人员在列车非运行状态下，依然可以通过外风挡上、下缺口对车厢连接处进行检修；另一方面，通过调节扰流部120与固定安装部110之间的夹角，可以对高速列车不同运营速度下的气动噪声激励源进行有针对性的控制，达到最优控制效果。且采用上述列车车厢连接处气动噪声控制装置100不会对列车的行车安全造成不良影响。

上述扰流结构121可以为波浪形、锯齿形或弧形结构。具体的，扰流部120一端与固定安装部110转动连接，另一端为自由端。扰流部120可采用自由端边缘呈波浪形、锯齿形或弧形的扰流板，其中扰流结构121即为扰流板的边缘结构。扰流板边缘的具体形状可以根据模拟优化计算得出。这样扰流部120和扰流结构121采用一体成型结构，结构稳定。

具体的，扰流部120通过销轴与固定安装部110转动连接，与固定安装部110形成合页结构。转动时，扰流部120只能绕销轴转动，从而有效限定了扰流部120的转动路径，使得扰流部120的活动空间被限定在了缺口200所在的空腔中，避免了扰流部120转动过程中与车厢300或安装在车厢300上的部件发生碰撞、摩擦的风险，保证了转动的正常进行。

请参阅图1和图2，作为本发明提供的列车车厢连接处气动噪声控制装置100的一种具体实施方式，上述固定安装部110可采用能够贴设于车厢300端墙上的平板。安装时，通过螺栓将上述平板固定于车厢300的端墙上。

请参阅图1和图3，作为本发明提供的列车车厢连接处气动噪声控制装置100的另一种具体实施方式，上述固定安装部110可采用l型件体，扰流部120安装于l型件体的竖向部112上。安装时，将固定安装部110放置于缺口200内，使得l型件体的竖向部112位于缺口200内，l型件体的横向部111则贴设于车厢300的端墙上，之后通过螺栓固定l型件体的横向部111与车厢300端墙的相对位置。其中，l型件体的竖向部112与缺口200的侧壁之间间隙配合，即l型件体的竖向部112的外轮廓与缺口200的外轮廓相适配。

具体的，图2所示的固定安装部110安装于图1中位于下方的缺口200处，图3所示的固定安装部110安装于图1中位于上方的缺口200处。

为确保固定安装部110结构的稳定性，上述实施例中的l型件体为一体成型结构。

本发明实施例还提供一种列车。请参阅图4，所述列车包括多个依次设置的车厢300，各个车厢300用于与相邻车厢300连接的一端上均设置有用于安装外风挡的安装座400，安装座400的上部和下部分别设置有缺口200，缺口200内设置有列车车厢连接处气动噪声控制装置100，任意相邻两个车厢300上相对设置的两个列车车厢连接处气动噪声控制装置100之间形成用于供气体进出的通气口。

本发明实施例提供的列车，采用了上述列车车厢连接处气动噪声控制装置100，取得了基本相同的技术效果，在此不再赘述。

本发明实施例还提供一种列车车厢连接处气动噪声控制方法。所述列车车厢连接处气动噪声控制方法包括以下步骤：

s1：列车实际运行下车内车厢连接处区域的噪声信号采集。具体操作为，通过声学传感器采集包含列车所有稳定运行的速度等级(如250km/h、300km/h和350km/h)下的噪声信号，对数据进行频谱分析，确定车内目标区域(即车内车厢连接处)异常噪声的频段和幅值；

s2：根据车厢连接处异常噪声的频段和幅值，进行车厢连接处的气动噪声计算，确定噪声激励源。具体操作为，建立含内、外风挡和端墙的车厢连接处子域仿真模型，以八车编组气动计算得到对应截面速度、压力、湍动能和耗散率，作为子域边界条件，完成车厢连接处的气动噪声计算，确定激励源；

s3：进行列车车厢连接处的声学空腔模态计算。具体操作为，提取车厢连接处端墙和内、外风挡所围成的空腔，建立声学网格进行声学模态计算。对比上、下缺口射流剪切层频率和车厢连接处所围空腔的声学模态频率，确定二者发生共振的频段；

s4：根据上述两步的计算结果，进行列车车厢连接处的气动噪声优化计算，确定能避开车厢连接处空腔声学模态频率的列车车厢连接处气动噪声控制装置100的结构。具体操作为，采用与s2相同的方法计算安装列车车厢连接处气动噪声控制装置100的车厢连接处气动噪声，确定能避开车厢连接处空腔声学模态频率的列车车厢连接处气动噪声控制装置100的结构。这里所说的列车车厢连接处气动噪声控制装置100的结构包括固定安装部110和扰流部120的夹角及扰流结构121的具体形态。

本发明提供了一种解决高速列车由气动噪声引起车厢连接处噪声异常的方法，适用于所有具有类似结构的高速列车。本发明实施例提供的列车车厢连接处气动噪声控制方法，采用了上述列车车厢连接处气动噪声控制装置100的结构，起到了基本相同的技术效果，在此不做赘述。

为便于理解，现以一个具体的实施例对上述列车车厢连接处气动噪声控制方法的操作步骤进行描述：

图5所示为列车以350km/h运行时，靠近5/6节车厢连接处的机械师室噪声实测频谱图，40hz对应的声压级高达105db，远大于其它频率的声压级，40hz为噪声异常频段，需要重点改善；

图6所示为列车仿真模型及车厢连接处子域模型。首先，采用八车编组进行稳态流动计算，输出车厢连接处子域模型所需的截面速度、压力、湍动能和耗散率等边界条件。其次，并将八车编组的全域计算得到的湍流耗散率、湍动能以及速度、压力等参数作为子域模型的边界条件进行瞬态计算。计算过程中在外风挡的上、下缺口处布置监测点。将采集到各测点的压力的时域信号进行fft变化，得到图7所示的功率谱密度频谱图。

图8为车厢连接处空腔声学模态计算模型。经计算该空腔的1-5阶声学模态频率依次为24hz、40hz、58hz、75hz和96hz。通过对比图5射流剪切层监测点功率谱密度频率和声学模态频率可以明确，40hz附近的射流剪切层频率将会引起车厢连接处共振从而产生强烈气动噪声。结合图5所示的车内噪声频谱可以认定，机械师室的车内噪声异常问题主要是气动噪声激励源引起车厢连接处空腔声学模态共振，共振频率在40hz。

计算安装列车车厢连接处气动噪声控制装置100的车厢连接处气动噪声，分别对比各方案在监测点功率谱密度变化，如图9所示，可以看到安装列车车厢连接处气动噪声控制装置100后在多数频率对应能量均有显著降低。计算中心频率40hz，带宽36-45hz的各测点总能量发现，上缺口的测点总能量由152pa²降低到105pa²，下缺口的测点能量由171pa²降低到71pa²。

在线路上测试进行增加列车车厢连接处气动噪声控制装置100的控制方案，测试结果如图10所示。从图中清楚看出，40hz的声压级由105db降低到100db，降低了5db。其它频率的声压级也有不同程度降低，车内总声压级由106.5db降低到102.5db。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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