一种带有被动扰流结构的排障器及其应用

1.本发明涉及高速列车车辆装备技术与气动噪声控制技术领域，具体涉及一种带有被动扰流结构的排障器及其应用。


背景技术：

2.高速铁路以其安全可靠、舒适便捷的运输服务特性及高效节能等优越性，在世界各国得到了迅猛发展。为更好地促进交通运输产业发展，大力提升运输效能，解决客流高峰时段铁路运输压力，铁路高速化已成为当今世界发展的一个重要趋势。
3.随着列车运行速度不断提高，由此带来的环境问题日益突出。大量实际运行经验表明，噪声问题在高速列车环境污染中最为突出。当高速列车运行速度超过300km/h，气动噪声将超过轮轨滚动噪声与牵引噪声而占据主导地位。高速列车主要气动噪声源为转向架、受电弓与车厢连接处。转向架由于数量较多，其产生的远场气动噪声较受电弓处高出约15db。声学风洞实验结果表明，头车转向架区域是所有转向架区域中最大的气动噪声源。时速350km～380km列车通过气动噪声引起的空气声传递占车内噪声主要地位，转向架区域的空气声也是车内噪声最主要贡献源。因此，有效地减少和抑制车头转向架区域噪声，改善铁路沿线环境质量和车内噪声水平，是高速列车车辆设计和生产需要考虑与解决的问题。
4.专利110070850a公开了一种流线型穿流式排障器及其应用，包括排障器本体，排障器本体为扁平板状结构，外形轮廓呈变截面流线型，前端为迎流面，所述迎流面的中心处开有一穿流口，所述排障器本体内部设有穿流通道，排障器本体的后端面上设置释流口，所述穿流口引导高速气流流入所述穿流通道并由所述释流口流出，所述穿流通道使高速气流自前往后、由内而外斜向向下流出释流口。专利cn111071272a公开了一种底部后端设置凹坑的排障器，包括排障器本体，所述排障器本体为扁平状结构，外形轮廓呈变截面流线型，前端为迎流面，所述排障器本体的底部后端设置多排凹坑。上述已公开的排障器结构具有一定的控制气动噪声的效果，穿流式排障器通过将前部气流导向两侧，从而降低了宽频噪声，但由于其对剪切层控制效果有限，因此对峰值噪声抑制作用较小。凹坑排障器通过对剪切层增加扰动，降低了峰值噪声，但对1khz～5khz的宽频噪声有较大增加。且二者主要针对远场噪声的降噪效果进行分析，对舱内的近场噪声分析较少。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决上述问题而提供一种可以有效降低高速列车车头转向架区域气动噪声的带有被动扰流结构的排障器及其应用。
6.本发明的目的通过以下技术方案实现：
7.一种带有被动扰流结构的排障器，包括排障器本体，所述排障器本体为扁平流线型结构，外形轮廓呈变截面流线型，前端为迎风面，后端为平端面，所述排障器本体的后端底部设置被动扰流结构，所述被动扰流结构为凸出所述排障器本体设置的凸条状结构，并与所述排障器本体的后端平端面相平行，长度方向与气流方向相垂直。
8.本发明设置于排障器底部后端的扰流结构，其作用改变气流进入转向架舱的角度，减小对转向架腔声模态的激励，并且减小剪切层对转向架舱后壁的冲击，从而降低气动噪声的产生。
9.进一步地，所述被动扰流结构呈圆柱形。
10.进一步地，所述圆柱的直径(d)为45
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55mm，直径越小，峰值噪声降低幅度越小，但较大的直径会引入较高的圆柱峰值噪声能量，因此优选为50mm。
11.进一步地，所述被动扰流结构靠近所述排障器本体后端设置，与所述排障器本体的后端平端面距离为g，为了使圆柱尾流可以将排障器脱落的剪切层带入下方，应满足g/d<1，d为圆柱的直径，g范围为30～40mm，优选35mm。
12.进一步地，所述被动扰流结构的宽度与所述排障器本体尾部宽度相等，约为3200mm。
13.进一步地，所述被动扰流结构通过多点支撑式安装在所述排障器本体上。
14.进一步地，所述被动扰流结构采用合金材料制成，为实心结构。
15.一种被动扰流结构的排障器的应用，该排障器应用于高速列车，用于降低转向架区域产生的气动噪声。
16.该排障器与高速列车车头的鼻锥底部区域紧密贴合。
17.本发明所提供的带有被动扰流结构的排障器，其外形轮廓采用流线型变截面曲线形式过渡，将车头底部来流导向排障器两侧，底部后端设置呈圆柱的被动扰流结构，通过圆柱尾流与剪切层的相互作用，能够改变气流进入排障器的角度，抑制排障器后缘与转向架舱前缘剪切层对转向架舱声模态的激励，并且减小剪切层对转向架舱后壁的冲击，从而降低运行过程中转向架舱内的峰值噪声以及转向架舱后壁的宽频噪声的产生，有效提高转向架区域气动噪声控制效果。
18.本发明也可以安装在车头以外部位转向架区域的转向架舱前缘，以降低该区域气动噪声的产生与辐射。
19.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
20.(1)本发明所提出的带有被动扰流结构的排障器，可以有效改变进入气流进入转向架舱的角度，从而降低气流对转向架舱内部声模态的激励，有效降低了转向架舱顶部及后壁的峰值噪声。
21.(2)本发明所提出的带有被动扰流结构的排障器，可以减小气流对转向架舱后壁的冲击，可以有效降低转向架舱后壁产生的宽频噪声。
附图说明
22.图1为普通排障器的结构示意图(正视图)；
23.图2为普通排障器的结构示意图(仰视图)；
24.图3为本发明带有被动扰流结构的排障器示意图；
25.图4为本发明带有被动扰流结构的排障器装配于高速列车上的侧视图；
26.图5为本发明带有被动扰流结构的排障器的转向架舱顶部噪声三分之一倍频程测试数据对比图；
27.图6为本发明带有被动扰流结构的排障器的转向架舱后壁噪声三分之一倍频程测
试数据对比图；
28.图中：1
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排障器本体；2
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被动扰流结构；3
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车头；4
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转向架；5
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钢轨。
具体实施方式
29.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
30.图1
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图2为普通排障器的结构示意图，不具有降低高速列车车头转向架区域气动噪声的功能。
31.为了对高速列车运行产生的气动噪声进行有效控制，本发明提供一种降低高速列车车头转向架区域气动噪声的带有被动扰流结构的排障器，如图3
‑
图4所示，包括排障器本体1，排障器本体1为扁平状结构，外形轮廓呈变截面流线型，前端为迎流面，排障器本体1的底部后端设置圆柱扰流结构2，扰流结构吊装于排障器底部后半端，与排障器底部间距为35mm，圆柱直径为50mm，扰流结构宽度与排障器尾部相等为3200mm。
32.如图4所示，该排障器被安装于高速列车车头底部，图中标号为车头3，转向架4和钢轨5，该排障器与高速列车车头的鼻锥底部区域紧密贴合。
33.本发明降噪效果已由声学风洞测试验证，试验模型为1:20安装有转向架的高速列车车头模型。采用本发明带有被动扰流结构的排障器与普通排障器的列车模型，在风速40m/s下转向架舱内顶部与后壁噪声三分之一倍频程测试结果比较如图5、6所示，可以发现，对于在630hz频带的峰值噪声，安装被动扰流结构的排障器的转向架舱顶部的峰值噪声从121.2db(a)降低到了105.6db(a)，且对于转向架舱后壁的位置，安装被动扰流结构的排障器在500hz
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10khz的各个频带均降低了5～7db(a)，且总声压级降低了6.2db(a)，取得了良好的降噪效果。
34.与试验所用比例模型相比，实际在线运行的高速列车，周围流动雷诺数较高，本发明改善排障器后缘流动分离和缓和转向架区域所受流动冲击以及转向架舱内各几何体之间流体相互作用的效果会更佳，由此产生的降噪效果也将更为显著，可以有效降低列车内转向架舱顶部乘客感受到的峰值噪声以及宽频噪声。
35.上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能够理解和使用该发明。熟悉本领域的技术人员显然可以比较容易地对这些实施例作出各种修改，并把在此阐明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。