基于杆件截面优化的高速列车受电弓低噪声设计

摘要

受电弓噪声是高速列车的主要噪声源之一。随着列车速度的提高，受电弓气动噪声随之增加，会加剧对乘客以及沿线环境的不利影响。因此，需要尽量降低高速列车受电弓的气动噪声，改善车内、外噪声水平。本文采用线路试验与数值仿真相结合的方法，对高速列车受电弓进行了气动特性分析与低噪声设计，主要工作如下： 首先，通过线路试验对高速列车进行系统的噪声测试与分析，了解了高速列车在运行条件下车外噪声的源强和分布，明确了转向架区域、受电弓、排障器以及列车表面气动噪声为车外主要噪声源。分析了受电弓区域噪声特性，结果表明：列车以受电弓闭口方式运行时受电弓区域气动噪声大于开口方式运行时气动噪声。 其次，基于大涡模拟和声类比理论结合的方法，建立了受电弓噪声预测分析模型，分析了受电弓气动噪声声源分布特性、噪声产生机理以及远场气动噪声分布规律；分析了受电弓各部件对远场噪声的声源贡献量；对比分析了受电弓开口和闭口运行方式对其气动噪声特性的影响，也计算分析了受电弓区域远场噪声的速度依赖规律。结果表明：受电弓区域噪声主要是由受电弓杆件表面脉动压力诱发的偶极子噪声，在对称面内有较强的指向性，弓头为受电弓区域的主要噪声源。列车以受电弓闭口方式运行时受电弓区域气动噪声大于开口方式运行时气动噪声，随着速度的增加，两者噪声的差异逐渐减小。 最后，从杆件截面优化的角度，对高速列车受电弓进行了低噪声设计。针对矩形截面的杆件和圆形截面的杆件做了椭圆处理、通孔处理和圆角处理截面形式的优化设计。然后将气动特性较好的截面形式运用于优化前的高速列车受电弓模型中，基于受电弓气动噪声预测分析模型，对低噪声设计的高速列车受电弓进行了降噪效果评估分析。结果表明：通过简单的截面形式优化可以很好的控制受电弓弓头噪声，水平面内远场R=7.5m处气动噪声各辐射角声压级减小 1.0dB~7.8dB，对称面内各辐射角声压级减小4.5dB~7.9dB。 本文从受电弓杆件和整体两个角度相结合，对受电弓低噪声设计进行了研究，为实际工程应用提供了参考意见。

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