英语原文共 23 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
7 风噪声
John R. Callister and Albert R.George
7.1引言
7.2 噪声产生和传播的机理
7.2.1 来源-途径-接收者
7.2.2 理想的声源模型
7.2.3 物理风噪声来源类型
7.2.3.1 泄漏噪声
7.2.3.2空腔噪声
7.2.3风窗噪声
7.2.4气流速度对风噪声水平的影响
7.3设计特征
7.3.1 A柱
7.3.2外后视镜
7.3．3风挡刮水器
7.3.4收音机天线
7.3.5 车顶行李架
7.3.6车门
7.3.7侧窗系统
7.3.8固定窗
7.3.9舱口盖屋顶
7.4风噪声措施和测试技巧
7.4.1风洞对应行车测量
7.4.2 风洞的考虑
7.4.2.1 风洞背景噪声
7.4.2.2 在风洞模拟侧风，阵风
7.4.3 行车测量步骤
7.4.4 风噪声测量窄带谱的重要性
7.4.5 内部风噪声测量概述
7.4.5.1 使用人工设备主管的主观评价
7.4.5.2 源识别和定位
7.4.6 外部风噪声测量概述
7.4.6.1 扩音器鼻锥
7.4.6.2 声强和麦克风列阵方法
7.5 打开窗户，天窗，和敞篷车的振动
7.5.1 侧窗
7.5.2 天窗
7.5.3 敞篷车
7.6 生产方面的忧虑
7.6.1 加工
7.6.2视察
7.6.2.1使用烟雾发生器检测泄露
7.6.2.2 超声波检漏仪
7.6.2.3简单，快速检查技巧
7.6.3向设计单位的反馈
7.7注释
7.1 引言
当一辆汽车沿路面行驶时，前方的空气被取代并绕车流动，引起气动力如阻力和升力。另外，这种气流与车身表面相互作用产生气动噪声，或，不那么正式，“风噪声”。车内的乘客可听到风噪声。尤其在高速行驶时，风噪声特别大，会使汽车内乘客心烦意乱。高水平的内部噪声也让与其他乘客交谈和听收音机变得困难。在高速公诉旅行时，风噪声会增加司机的疲劳感。潜在的汽车买家会考虑风噪声作为不良设计和质量的暗示信息。总之，高水平的风噪声会使消费者不满意。
因此，汽车制造商会密切关注风噪声并且使它最小化。幸运地是，风噪声能够通过密切关注来设计和装配。尽管风噪声不可能被消除，然而它能够被减小到一个“正常”的高速公路水平（例如100km/h[62.5mph]）,此时乘客不会发现。
风噪声仅仅在高速时是一个问题。粗略地说，风噪声与速度的六次方成比例。在低速时（例如，低于50km/h[31mph]）,风噪声水平非常低，并且会被轮胎噪声，动力火车噪声（power train noise）以及环境噪声掩盖。因此，在拥挤的城市道路，对于汽车操作，风噪声并不是一个问题。对于奢侈小轿车而言，操作速度在160km/h(100mph)或更高，风噪声可能轻易地成为噪声源。
在过去的20年，随着制造商设计汽车来减少油耗（如图1.58到1.61），汽车的气动阻力极大地减小。门外汉可能认为低气动阻力的车会有低水平的风噪声。这在实际中被认为是不正确的。R.BUCHEIM,et al. [7.1],在生产的15辆车中的一个调查，发现气动阻力和内部风噪声水平没有联系。对于缺乏联系的一个解释：气动阻力极大地依靠流经汽车后面（在这里尾波分离）的外部气流。相对地，内部风噪声主要依靠环绕在A柱和挡风玻璃的气流的细节处。而且，如果没有很好地密封，在门和窗户处的小开口可能会导致大量的风噪声，但这对气动阻力有很小或没有影响。由于汽车买家总是希望汽车有很小的气动阻力来降低风噪声水平低阻汽车的设计者也应该考虑尽力降低风噪声水平。
风噪声工作需要声学和空气动力学方面的知识。另外，低风噪声的汽车必须拥有设计优良的密封，车门和其他的组成部分，因此，优秀的机械设计技能对于在汽车上的风噪声工作也至关重要。
7.2 噪声产生和传播的机理
7.2.1 来源-途径-接收者
当处理一个声学问题时，考虑声音的来源，途径和接收者是很有帮助的。声源描述了能量从其他形式转化为声能的地点。声能然后从声源位置向外辐射。这种能量可能通过空气，液体，固体传播。途径描述了一部分能量沿着一定方式传播到接收者的路径。接收者是听到声音的人，或者，也可能是一个扩音器或者共振腔。
当讨论风噪声时，声源是外部气流和任何存在的泄露。途径是窗户，密封，和车身面板，作为任何直接泄露途径。接收者是车厢里的乘客。三个领域里的任何一个都可能来减少风噪声水平。通过改变外部气流，修改外表面和消除泄露，声源能被大量减少。途径可能被改善来减少内部风噪声水平。例如，车门主要密封的尺寸或者车门玻璃的厚度都会增加。为了接收者好，增加尽可能多的吸收性材料到乘客车厢的内表面。
另外，考虑使用一个主动噪声控制系统，这将使用精密地装置产生于声源噪声异相的声音。最终的消除能够降低内部噪声水平。可是，由于其它领域的即时应用更有前途 和固有的限制，减少内部风噪声的主动噪声控制的使用还没有发展。在三维条件下主动噪声控制的基本限制是在传感器，执行器和车辆乘员耳朵之间的距离大体上少于一个声学波长的1/4。在汽车应用中这往往使可处理的频率少于100或200Hz，而这是低于大多数风噪声的频谱。因此，主动噪声控制能够有效降低内部风噪声水平是有疑虑的。
7.2.2 理想的声源模型
当研究风噪声的声源时，联系实际的声源到理想的声源模型是很有帮助的。这样做能使工程师预测哪一个声源占主导地位，并预估风噪声水平在流速上的依赖。
第一个理想声源模型是磁单极子。在一个无马弗炉活塞式发动机上发现，这种单极子声源来自于不稳定的体积流动。单极子声源是在低马赫数（也就是在大多数汽车应用）下最高效的声源。如果仔细设计汽车，发动机进气和排气产生的单极子声源将会被看作消声器。然而，作用在汽车外表面的波动气压引起的来自汽车内表面的不稳定的体积流动通过泄露通道，然后会产生强大的二级单极子声源。单极子声源所产生的声强与流速的四次方成比例（如 M.P. Norton[7.2]）
作用在刚体表面不稳定气压会引起偶极子声源。因此，湍流撞击在表面的噪声即可描述为偶极子噪声。无线电天线上的冯卡门涡流脱落所引起的不稳定力会产生典型的偶极子声源。偶极子声源产生的声级水平与气流速度的六次方成比例。偶极子声源强度和单极子的声源强度的比值与马赫数的平方成比例。由于在汽车气动噪声中偶极子声源总是存在，四级子声源相比较弱因此经常被忽略不计。
总之，如果存在不稳定泄露，那么这些泄露一般在全部的内部风噪声水平中占主导地位。如果无泄漏，风噪声将由偶极子声源组成。
7.2.3 物理风噪声来源类型
实际上，大多数汽车风噪声源可被划分为以下三类中的一种：
1.泄漏噪声；
2.空腔噪声；
3.风窗噪声；
7.2.3.1 泄漏噪声
连接汽车外部到乘客厢直接气流通道的存在引起泄露噪声（有时也被称作aspiration noise）。汽车的外部气压通常低于内部。而这种压差是空气以相对较高的速度向泄漏处流动。
一个简单的分析模型可能帮助我们更好理解涉及的一些物理 现象。例如，如果汽车内部和外部的压差与基于名义上道路速度的动压相似，那么在泄漏中的气流速度与汽车道路速度近似。因此，如果由于任何原因气流不稳定，它将会产生大量的单极子噪声源。例如，这个泄漏可被看作模型为在一个厚度为4mm的平板上的直径为4mm的圆孔，这将会引起在斯特劳哈尔数为0.6（如W.K. Blake）,或大约4400 Hz的哨音。
当然，这种简单的孔气流分析并不典型。实际泄漏气流总是被汽车外部不稳定气压驱使小的泄漏，如图7.1所示。不稳定外部压力主要是由于外部气流与空腔，分离，边界层湍流或不稳定性，或其它复杂因子相互作用所引起的。对于这些原因，泄漏噪声总是被限制在实验性的研究中。最近研究的关于内部风噪声水平的泄漏在W.W. JUNG 和 S.J. OH[7.4]的论文中有所描述。
图7.1泄露气流
泄漏通过偶极子和磁单极子机理引起噪声。由于磁单极子机理在产生噪声时相当高效，并且由于声音本质上可能是声调形式，可能随时间波动，这种泄漏噪声是值得注意并且恼人的。
7.2.3.2空腔噪声
尽管如果没有直接的泄漏，汽车外部空腔的存在会引起风噪声。这种观点尤其正确如果空腔位于高速流动区域，例如A柱区或在后视镜外部的周围。汽车上普通的空腔噪声源是车门缝隙，后视镜外部的暴露缝隙，散热器格栅缝隙。
对于空腔噪声有许多可能的原理。在D.Rockwell 和E.Naudascher[7.5]的论文中可以复习到空腔噪声的工作。然而最简单的模型并不总是起作用，在这里描述了两个设计一些物理学的模型。
一个简单的空腔噪声模型认为后沿尾迹撞击在空腔后表面会引起风噪声。由于剪切层是湍流，也没有特定的频率，因此结果中空腔噪声实质上是宽带。
另一个简单的空腔模型涉及反馈和共振现象。这些情况发生如下所示。干扰从空腔前边缘脱落并以当地速度对流。此扰乱撞击空腔后边缘。这会产生向四周扩散的声波。当声波到达空腔前边缘，它可能引发另一个干扰的脱落。这种方式下，剪切层发展了一个首选频率。它经历全过程的时间是：
（7.1）
在这里：
L=在当地流动方向下的空腔尺寸
U=当地流动速度
=在空气中的声速
因此，剪切层的首选频率是：
（7.2）
尽管这个分析是说明性的，但它并没有很好地预测风噪声频率，仅仅取两个因子的一个（如 Y.H. [7.6]）.为了扩展这个简单的模型，反馈产生的首选频率可能在空腔内引起共振模式。然后空腔噪声将会特别大。举一个例子：打开的侧窗产生的声音。对一个800mm的侧窗以36m/s的流速，剪切层的首选频率大约40Hz， 这可能在道路速度为100km/h（62.5mph）看见；40Hz是车辆乘客舱的基本模式的接近值。因此，剪切层引起的声学信号刺激乘客厢的基本模式，引起高水平低频率的噪声。由于人耳并不能很好检测低频噪声，这种噪声可能感觉像听到的一样，但是对乘客而言非常模糊并且恼人。解决这个问题包括裁剪汽车外部流动，以致剪切层无法得到首选频率，这十分困难。
7.2.3风窗噪声
气动噪声的第三种声源经常被称作风窗噪声。这是由于表面流动所以引起的汽车外部波动气压所产生的。因此，作用在汽车表面的压力随时间波动或不稳定。即使汽车表面是完全刚体和无泄漏，作用在表面的压力会产生偶极子类型噪声而这会向四周扩散。由于汽车不是完全刚性的，波动气压会引起汽车车窗和车身面板振动并向车内部扩散噪声。
因为边界层气流是遍及车的大部分的湍流，即使气流被附在汽车表面的任何地方，风窗噪声仍会产生。因此，要获得无风窗噪声是不可能的。然而，如果气流被分离，墙面压力会以大约十倍的比率波动得更加剧烈，并且会产生更多的风窗噪声。通常，分离区域出现在实际形状汽车（也就是，内部体积和总车长比率合理）的侧边或后面 。通常最严重的风噪声问题与A柱区域气流联系在一起，这如图7.2所示（也可看图1.8和4.3）.角落的气流速度高于自由流线空气速度的60%（参考 M.WATANABE, et al.[7.7]）.在一辆无泄漏汽车中，风噪声水平典型上与当地气流速度提高到六次方成比例，所以位于此地的任何风噪声声源将会十分重要，它将大于暴露在自由气流下的声源16分贝。而且，A柱区域的气流总是分离的，一个十分混乱的涡流气流在A柱后面形成，这会在侧窗，车门，车窗密封，和车顶部分产生强大的压力波动和不稳定的气流 。
因此，如果汽车拥有低水平的空腔噪声和泄露噪声，风窗噪声对所有实际生产以高的道路速度行驶的汽车是值得注意的。
图7.2 气流环绕典型汽车，在A柱区域展示气流分离
7.2.4气流速度对风噪声水平的影响
我们应该理解风噪声的速度依赖性。首先，汽车外部遍及风噪声声源区域的当地气流速度是重要的气流速度。这不同于名义上的汽车道路气流速度。然而，当地气流速度是很难去测量的，并且不同声源区域拥有不同的当地气流速度。幸运地是，在由正常的汽车高速公路行驶速度（低于300km/h[187.5mph]）张成的流态内，当地气流速速与名义上的道路速度成比例，因此名义道路速度的部分改变相当于在每个声源区域当地气流速度的部分改变。因此，道路速度或者自由流线的风洞速度在速度独立计算中可被使用。
展示声压水平（SPL）的最好方式是绘制声压水平对应无量纲频率的图像。例如，固定发射塔收音机天线所引起的风噪声将在每次测试时出现相同的无量纲频率，但是如果测试速度
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[139899]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
