高速汽车外场气动噪声分析与控制

论文摘要

在国家经济保持快速增长的背景下，国内汽车工业发展迅速。随着汽车保有量增加，汽车噪声污染问题越来越受到政府及消费者的重视。近几十年来，国内外学者对发动机辐射噪声、车身结构轰隆声、轮胎-路面接触噪声等问题进行了大量的研究，取得一定的成绩。与此同时，高速汽车的气动噪声问题逐渐显现出来，研究和降低气动噪声已成为控制高速车辆噪声的关键之一。在汽车的设计阶段就必须对气动噪声进行预估与分析。本文以空气动力学和气动声学为理论基础，采用计算流体力学与声类比的方法对汽车外流场及气动噪声特性进行仿真分析。首先，从汽车气动造型的演变历程入手，用宽频带噪声源法快速获得各不同车型表面压力、噪声源分布等流场信息。重点分析A柱倾角、后风窗角度、尾部结构等设计因素对气动特性的影响。在此基础上抽取优良的气动造型基因，用整体最优化设计方法建立基于低阻的低噪理想车型，并进行风洞试验验证。其次，采用声类比模型法预测某类后视镜形体外场辐射噪声。在大涡模拟（LES）计算其尾部流场时，分析了不同亚格子尺度模型（SGS）仿真结果的差异，通过与试验的对比选择更合适的SGS模型。在得到流场信息之后，用FW-H声类比法对气流诱发的外部声场进行求解。最后，以国家创新工程“中气计划-空气动力学”为平台，分析了中气轿车车身凸出部件附近气流的分离情况。对比有、无车身部件时整车外声场的差异。通过对各部件噪声贡献量的分析发现，车外远场点声压级的大小和各部件辐射噪声的强度以及其辐射面积成正比。应用局部最优化设计方法对噪声辐射大的车轮、后视镜区域进行优化，都有效的降低了气动噪声，为车型的开发和改进提供一定的参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 汽车气动噪声源类型
• 1.3 噪声控制方法
• 1.3.1 传统噪声控制
• 1.3.2 有源噪声控制
• 1.4 国内外研究历史与现状
• 1.4.1 气动噪声的理论基础与发展
• 1.4.2 汽车气动噪声的研究与应用
• 1.5 本文研究内容
• 第2章 气动噪声研究的理论基础与方法
• 2.1 气动噪声研究的理论基础
• 2.1.1 流体运动基本方程
• 2.1.2 声波动方程
• 2.2 气动噪声的研究方法
• 2.2.1 试验方法
• 2.2.2 数值仿真方法
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于低阻的车型气动噪声分析
• 3.1 CFD 软件介绍
• 3.2 汽车外流场特性分析过程
• 3.2.1 计算模型的建立
• 3.2.2 计算域的确定
• 3.2.3 计算网格的划分
• 3.2.4 求解器和边界条件设置
• 3.3 几种代表车型外流场计算结果分析
• 3.3.1 汽车表面压力及流场特性分析
• 3.3.2 汽车阻力系数及气动噪声分析
• 3.4 理想车型的建立
• 3.4.1 汽车气动造型设计方法
• 3.4.2 汽车理想型体设计
• 3.4.3 汽车理想形体的仿真分析与风洞试验
• 3.5 本章小结
• 第4章 气动噪声外辐射声场的仿真方法研究
• 4.1 类后视镜形体模型的建立
• 4.2 计算域的确定与网格划分
• 4.3 求解器设置和边界条件设定
• 4.3.1 求解器设置
• 4.3.2 边界条件设定
• 4.4 计算结果分析
• 4.4.1 表面压力及流场分析
• 4.4.2 外场辐射噪声分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 中气轿车外场气动噪声分析及优化
• 5.1 车身模型的建立
• 5.2 计算域的确定及网格划分
• 5.3 求解器及边界条件设置
• 5.4 计算结果分析
• 5.4.1 中气轿车压力及流场分析
• 5.4.2 中气轿车气动噪声分析
• 5.5 气动噪声控制方案研究
• 5.5.1 车轮优化
• 5.5.2 后视镜优化
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A（攻读学位期间所发表的学术论文目录）