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振动速度法预测发动机表面辐射噪声的研究 韩松涛杨万安 (泛亚汽车技术中心 201206) 捕要以r一台六缸柴油机为例，研究了发动机表面振动与其辐射噪声的关系。首先通过实验研究了发动机 各个部件的表面振动特性，并通过表面振动预测了该发动机各个部件表面辐射噪声声功率和发动机总的表面噪 声声功率。总声功率预测结果和该发动机实际声功率吻合较好，说明通过发动机表面振动可以较好地进行发动 机表面辐射噪声的预测和噪声源识别。 关键词振动噪声．发动，机 人 0引言 “能源和环境‘是汽车和内燃机工业在21世纪发展所面临的两大课题。车辆声学性能的优 劣已成为其竞争的主要指标之一，在很大程度上决定了其市场上的竞争能力。发动机是汽车的 主要噪声源【l】，因此降低发动机的噪声是降低整车噪声的主要措施。 发动机采用进、排消声器后可以明显地降低气体动力噪声，如果要进一步降低其声功率， 必须从表面辐射噪声入手，因此需要对发动机表面辐射噪声源进行识别。常用的噪声源识别方 法有传统铅覆盖法、声强测量法、振动速度法等口】。根据英国南安普顿大学的研究，铅覆盖法 应该是最可靠的方法，但是该方法需要在笑声室中进行，而根据我国的统计结果在整个汽车行 业仅有20余个消声室【3】，而且实验工作十分繁杂。声强测量方法是七十年代末美国通用汽车公 司发展起来的测量声功率的一种方法，它可用于现场测量，而无需特殊的声学环境，同时分析 速度比传统的铅覆盖法要快，但是声强测量系统价格昂贵，而且用于近场测量时有时也存在着 某些缺陷。振动测量法是根据表面振动速度计算出表面辐射声功率，不需要特殊的声学环境， 但是需要测量大量数据和计算，随着测试手段和数字信号处理技术不断发展，这一方法受到人 们的重视【2】[4】。 1发动机表面振动和辐射噪声之间的关系 发动机工作过程中，在各种机械激励和燃烧激励的作用下，发动机及其各部件必然发生表 面振动，与其相邻的空气质点被迫振动，这种振动向外传播使得发动机的表面振动能量的一部 分作为声能辐射出去，这就是发动机表面辐射噪声的能量来源。 当发动机处于稳定工作状态时，其表面振动和辐射的声功率可认为有如下的关系【51； W=pocoS“ (1) 可知，如果知道了发动机表面的振动平均速度U‘和结构的辐射效率仃，那么就可以估算出 辐射的声功率级。其中P。，c，S对于一台确定的内燃机为常数。那么A计权的声功率级为： (2) 其中△为A计权网络的衰减量。 公式中只有辐射系数难以计算。辐射系数表示部件由于表面振动而辐射声能的有效程度， 不仅与部件的形状和边界条件有关，还和振动频率有关。一般认为在临界频率以上辐射系数等 于1，在临界频率以下辐射系数为0～1【5】。临界频率就是振动部件表面弯曲波波长和空气中声波 波长相等时的振动频率。 对于一个脉动球声源，辐射系数为： 盯=i‰，而对于一个振荡的球声元，辐射系 致为：盯=—竺‰，其中a为球的半径，k为波数。 (4+k’a’) 只要物体三个方向振动线速度差别不大，该公式就可以推广到非球体而不会产生太大的误 差，所以可以把整个发动机近似看作是一个同时作脉动和往复振荡的假想球体，计算出该球体 的当量半径，从而可以决定发动机的临界频率。临界频率主要和发动机的整体尺寸有关，对一 般的六缸发动机直列发动机临界大约在500～800Hz之间。 对于发动机表面辐射的噪声来说，辐射系数的计算可能是一个误差源。但是发动机的噪声 频率主要在500--3000Hz内，而评价发动机声功率时一般用A计权声功率级，这种网络在低频段 要衰减一定的分贝，衰减后一般低频段能量在总噪声能量中所占比例较低，辐射系数在低频段 上的误差对发动机总声功率预测结果影响并不是很大口】。 2表面振动的涓量 为了分析某六缸柴油机的表面噪声分贝特性，在额定工况下对它进行表面振动试验研究。 r／min。 该发动机为自然吸气直喷柴油机，额定功率为92KW，额定转速为2200