高速列车车头气动噪声研究高阳李新一吴健 中车长春轨道客车股份有限公司国家轨道客车工程 研发中心摘要：随着我国铁路的高速发展，以及最近几年技术引进、消化吸收和再创新Z后，我 国已经开始研制具有自主知识产权的速度380km/h的高速列车，其中高速列车 的头型研制是高速列车研制中至关重要的一步，减阻降噪是头型研制的关键技 术，主要借助国外一些成功经验，对新研制的新一代高速列车头型进行了气动 噪声风洞试验，对车头附近结构气动噪声分布和性质进行了详细的分析和总结关键词：高速列车;头型;气动噪声;风洞试验;作者简介：高阳（1980—）男，高级工程师Research on Aerodynamic Noise of High-speed Train" s Power CarGAO Yang LI Xinyi WU JianNational Ra订 Vehicle Engineering R & D Center,CRRC Changchun Railway Passenger Vehicle Co.,Ltd.;Abstract：With the rapid development of China" s railway, as well as the introduction, digestion and absorption and re-innovation of technology in recent years, China has begun to develop 380 kilometers per hour high-speed train with independent intellectual property rights, and the development of nose shape of high speed trains power car is a crucial step to the development of high speed train, the drag and noise reduction is the key technology of nosc shape dcvclopmcnt. This article mainly uses some successful experience abroad to carry out the aerodynamic noise wind tunnel test on the new generation high speed train nose shape, and the distribution and characteristics of aerodynamic noise near the front of the vehicle are analyzed and summarized in detail in this article.Keyword：High-speed train; nosc shape; acrodyneunic noisc; wind tunnel test;我国研制的具有自主知识产权的新一代高速动车组CRH380C是在CRH：,的基础上 研发的，与CR1L相比，持续运营速度由300km/h提高到了 350ki】i/h,并采取措施 降低了动车组的气动外形阻力，提高了列车的减振性能和车厢的降噪性能。
对于 持续运营速度350km/h这个速度范围，气动噪声超过其他所有声源，成为主要 的噪声源丄11交通噪声的增加严重影响交通沿线旁居民的居住环境，并且降低 了车内乘客的舒适度因此，随着车辆速度的提高，为了降低噪声，必须对声源 的分布和性质有详细的了解在高速列车气动声学领域，主要开展了对全比例车 辆线路声学测试和在风洞中缩比模型声学测试全比列测试有优势，试验能够反 映列车总体的噪声，测量在真实条件下并口有适当的雷诺数但是缺点是这些测 试仅能在列车真正运营了才能进行测量是轮轨噪声、牵引噪声、结构振动噪声 的综合影响，难以分离气动噪声显然，这些测试在设计过程初期分析声学是不 可能的所以为了在设计过程中预测列车的气动声学特性，等比例缩小模型的风 洞试验是设计的基础德国ICE车头在设计初期就在风洞里面进行了气动噪声风 洞试验瓦1（如图1） o日本高铁在设计初期在RTRI风洞里面进行气动噪声风洞 试验⑶（如图2）-经过对国外的方法总结分析，就目前新研制的新一代高速列车车头CRH380C和 CRH：,车头进行了气动噪声风洞试验，并且对两个车头附近结构气动噪声分布和 性质进行了详细的对比分析和总结1试验模型为了能更好比较新研制的车头气动噪声性能，采取对新研制的车头和CRH：,原形 车车头进行气动噪声风洞对比试验。
所以试验包括CRH?车头（如图3）和新研制 的新一代高速列车车头（如图4）试验测量两种头型的气动噪声特性，对比分 析两种车头气动噪声的性能，为设计具有良好气动噪声性能的头型提供依据图3 CRH3动车组1 ： 8风洞试验模型 下载原图图4新一-代高速列车1 ： 8风洞试验模型 下载原图2试验方法及试验状态为了能更加全面的了解车头附近结构气动噪声分布和性质，准确反映毎个车头 气动噪声性能，木次试验主要用3种测量方法解析车头气动噪声性能2.1外场传声器标准测试为了测量列车模型对远场的影响，在平行于车模型的流场外，布设一排4个自 由场传声器，测量声压信号，可分析1/3倍频程声压谱和总声压级4个测点均 距风洞喷口到收集口之间的中心线7. 5m,离地面0・8m （如图5、图6）图5外场传声器测点布置 下载原图图6外场传声器测点布置示意图 下载原图2. 2表面传声器测试表面传声器主要用于测量空气高速经过结构表面产生的气动噪声，本次试验中 用表面传声器对列车模型的一些工况关键点进行了测量，这些关键点包括:车头 3个测点（如图7） o 2. 3声阵列测试声阵列也被称为声学照相机（如图8）声阵列是一套让声音和声源被看得见的 系统，它是为降噪、优化声学特性以及发现声源而设计开发的。
真正实现了用眼 睛来听声咅现在已经广泛的被应用到各个领域，用来解决系统中声源的定位及 声源的贡献从而降低噪声源的强度和噪声源的数冃在沿着模型方向上3个位 置进行3次测量（如图9）图7表面传声器测点布置示意图 下载原图图8声阵列测量示意图 下载原图图9声阵列测量示意图2. 4试验状态卜•载原图为了能更好的测量车头改变各个部位噪声对总噪声的影响，对测试模型进行了 3种方式的处理，对每个车头进行3种测试状态测量状态1：转向架位置、模型支撑结构等模型下部结构和间隙，产牛的噪声较大， 为了凸现车头气动噪声，进行了模型下部和底板之间间隙密封的试验内容，以 了解车体本身外形结构的气动噪声大小此状态在Z后的描述简称为全封闭状态 （如图10） O图1 0两种车头全封闭状态试验示意图 下载原图状态2:为了测量车头产生的气动噪声大小，减小转向架、车身连接部位间隙产 生气动噪声大的部位对其影响，转向架和车身连接部位间隙用海绵和布基胶带 进行了平滑过渡和密封处理此状态在之后的描述中简称为半封闭状态（如图 11） O状态3:为了测试转向架和轨道安装后对车头气动噪声的影响，模拟真实的行驶 工况，将转向架和轨道安装车身连接部位间隙用海绵和布基胶带进行了平滑过 渡和密封处理。
同时受电弓和导流罩移走，安装位置用布基胶带光滑处理模型 与支扌掌地板间保留按照比例缩小的间隙此状态在Z后的描述中简称为真实状态 （如图12） o图1 2两种车头真实状态试验示意图 下载原图3测量结果及对比分析3.1场外传声器测量结果及对比分析全封闭状态试验是通过对列车模型下面的所有缝隙密封，并进行了光滑处理， 主要突出车头和车体木身外形在流场中产牛的噪声从噪声频谱分布看（如图 13） , CRH380C和CRH：＜的频谱趋势一致，噪声量值相当，在高频约8kFh以上， CRII380C比CRIL噪声略高，但在其他的高频和中频段的某些频率，CRII380C比 CRH：,噪声略低从总声压级看，在不同的风速两种车头的差异很小（如表1）, 最大差异仅0. 3dB （A） o综合此状态的频谱特性和总声压级大小说明，在此状态下两种车头的噪声特性 相当半封闭状态试验通过对列车模型下面转向架位置的光滑密封处理，来尽量减小 模型下方区域和气流相互作用产生的气动噪声，从而突显车头鼻锥和鼻锥导流 结构产生的噪声以及尾车在鼻锥和曲线段位置产生的气动噪声实际试骑中车头 鼻锥和鼻锥导流结构、转向架位置的密封和光滑处理结构、每段模型和地板的支 撑件及尾车结构等都是噪声源。
由于中间车试验状态不变，使得两种车的头车和 尾车具有可比性图1 3全封闭状态下外场传声器1在风速250km/h测量结果 下载原图表1全封闭状态下各测点声压总值对比结果dB （A） 下载原表鼻锥和鼻锥导流结构及其和地板的间隙在木状态是较大的噪声源，对外场噪声 测量而言，除此之外，上述其他噪声源也有一定的贡献，但由于其他噪声源状 态不变，因而，测量结果的差异来自于两种车的头和尾，乂由于头车的鼻锥和 鼻锥导流结构是头车的主要噪声源，尾车气流的分离也产牛气动噪声，所以， 此测量结果的对比对综合考虑头车和尾车的气动噪声性能具有重要的参考价值从试验结果看，两种车头模型产生的气动噪声频谱一致(如图14) , CRI1380C 的噪声级略高于CRFU但相差不多(如表2),其总声压级Z差最大不超过 l.OdB (A) o图1 4半封闭状态下外场传声器1在风速250km/h测量结果 下载原图表2半封闭状态下各测点声压总值对比结果dB (A) 下载原表此状态考虑安装转向架之后，转向架和车头结构作为一个整体产生的气动噪声 大小同样，从频谱上看,CRH380C和CRB具有相似的频谱特性，而且，在整个 频段上CRII380C的噪声级都低于CRH3o从总声压级看，CRI1380C比CRIL最大低 1.3dB (A),如表3。
说明了 CRH380C头型的改变，也改变了转向架周围的结构 和流场，使得转向架及其周围结构产生的气动噪声得到了有效的降低从该角度 讲，CRH380C的噪声特性要比CRH.?明显好表3真实状态下各测点声压总值对比结果dB (A) 下载原表图1 5真实状态下外场传声器1在风速250km/h测量结果 下载原图3.2表面传声器测试结果及对比分析01测点位于车头鼻锥位置，此处通常是车头噪声较大的区域，能近似反应该区 域的噪声特性两种车头对比发现，频谱分布趋势和似，在低频和很高频率两者 噪声特性相当，在较宽的中间频段(约100Hz~5kHz) CR出头型产牛的噪声高于 CR11380C产生的噪声，不同风速下总声压级差最大达3.6dB (A)02测点位于车头前挡风玻璃位置，此处产生的流动脉动和噪声可以通过窗结构 传到车内，所以，该区域的噪声大小对车内驾驶室环境的影响较大两种车头对 比发现，频谱分布趋势有较大的差异，在高频率5kHz以上两者噪声特性相当， 在5kHz以下，CR出头型产牛的噪声明显高于CRH380C产牛的噪声，不同风速下 总声压级差最大达4. 4dB (A) o显然，CRH：,头型此点噪声大的原因与头型形状 有关外，还和头型上弧形突出造型结构有关。
03测点位于车头侧面鼻锥导流结构后面位置，此处能够近似反应车头和鼻锥导 流结构一起在侧表面区域产生的噪声特性两种车头对比发现，频谱分布趋势相 似，在整个频率段，CRIL头型产生的噪声高于CRII380C产生的噪声，不同风速下 总声压级差最大达2.4dB (A),而且随着风速的增加，这种差距有进一步增大 的趋势。