用於開口回流式氣動-聲學風洞的低頻顫振抑制結構的製作方法

2023-05-21 20:40:21

專利名稱：用於開口回流式氣動-聲學風洞的低頻顫振抑制結構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種開口回流式氣動一聲學風洞，特別是涉及這種風洞的低頻顫振抑制結構。
背景技術：
高速公路、高速軌道交通發展速度日新月異，除汽車之外，其它高速軌道交通工具(如 高速列車、磁懸浮列車等)也不斷湧現。這樣，設計空氣動力特性良好的輕量化轎車和高速 軌道交通機車車輛，提高高速交通工具的空氣動力穩定性，改善它們的動力性和經濟性以及 駕駛室的內流特性，提高發動機、制動系統的效能，降低空氣動力噪聲成為這類汽車和高速 軌道交通工具的重點研究開發內容。汽車整車風洞試驗設備在這些研究工作中起到不可替代 的作用。但汽車風洞設計和建設中仍然存在許多技術難點，其中，低頻顫振問題直接影響到 測試段的氣流品質，影響試驗件的氣動和聲學(在聲學風洞中)性能測量，使風洞的實驗能 力受到限制，歷來是開口回流式風洞研究領域的世界難題，迄今為止還沒有有效的解決方法。
從上世紀70年代以來，人們逐漸認識到汽車風洞中普遍存在著低頻顫振現象，即在全尺 寸風洞中，聲壓頻譜中低於20Hz的頻段內會出現幾個明顯的共振峰值，而且這些峰值出現的 頻率和風速相關，最高峰值出現的風速也是不可預測的，其峰值的大小更是難以預測，因而 如何降低低頻顫振幅值的研究在汽車風洞的設計過程中也逐漸成為必需的科研攻關項目之 一。國外的風洞建設經驗表明，如果不能有效抑制低頻顫振現象，不僅會給相關的風洞實驗 帶來嚴重的影響，甚至有可能破壞風洞本身的結構。由於人們對產生這樣的顫振機理不是很 清楚，因而出現了各式各樣的控制方法，然而不同的控制方法對於不同的風洞來講效果也不
盡相同，同時也各有其優缺點，但普遍存在的問題有以下幾種-
1) 抑制低頻顫振幅值的同時引起了高頻段噪聲的增加；
2) 改善聲學場的同時引起了流場軸向壓力分布不均勻，導致流場品質和風洞效率的降低。 所以，目前還需要不斷試驗開發新型控制裝置來抑制低頻顫振幅值，同時還要儘可能避
免或減少上述負面影響，這樣才能在汽車風洞中獲得良好的實驗環境。
沿著順流的方向，開口回流式低速風洞依次由風機、風機擴散段、第三拐角、換熱器、第 四拐角、蜂窩器、阻尼網、收縮段、噴口、射流段、收集口、擴散段、第一拐角、第一過渡
段、第二拐角及風機進風段組成。圖l、圖2和圖3示出了駐室與風機進風段之間的一段回流
管道，其中噴口 1、射流段2和收集口 3均包含於風洞駐室8內，而擴散段4、第一拐角5、 第一過渡段6和第二拐角7構成了風洞的回流管道。

實用新型內容
本實用新型要解決的技術問題是提供一種開口回流式氣動一聲學風洞的低頻顫振抑制結 構，它不僅能有效抑制風洞中存在的低頻顫振現象，同時也能改善風洞中流場的軸向壓力梯 度。
為了解決上述技術問題，本實用新型採用如下技術方案 一種用於開口回流式氣動一聲學 風洞的低頻顫振抑制結構，所述風洞包括駐室和由擴散段、第一拐角、第一過渡段、第二拐 角、風機及進出風段、第三、四拐角、第二過渡段、收縮段構成的回流管道，所述由擴散段、 第一拐角、第一過渡段和第二拐角構成的回流管道的上方設有吸振腔，所述吸振腔與回流管 道之間至少設有一個通風孔。
優選地，所述通風孔位於擴散段與吸振腔之間。
優選地，所述通風孔位於第二拐角與吸振腔之間。
本實用新型從研究駐室內發生低頻顫振現象的誘導因素出發，在回流管道上方增加吸振腔 結構，並在回流管道和吸振腔之間開孔，從而吸收了某些頻段的低頻顫振能量，也改變了管 道中的共振聲模態，進而降低了低頻顫振，改善試驗段流場和聲場的試驗測量環境。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細說明。

圖1為原有風洞結構的俯視圖(剖視)。 圖2為原有風洞結構的主視圖。 圖3為原有風洞結構的右視圖。
圖4為本實用新型採用吸振腔後風洞結構的俯視圖(剖視)。
圖5為本實用新型採用吸振腔後風洞結構的主視圖。
圖6為本實用新型釆用吸振腔後風洞結構的右視圖。
圖7為原有結構時標準測點處不同風速下壓力脈動係數的變化情況。
圖8為採用本實用新型的結構後的壓力脈動係數圖。
圖9為採用本實用新型的另一種結構後的壓力脈動係數圖。
圖中標號l為噴口， 2為射流段，3為收集口， 4為擴散段，5為第一拐角，6為第一過 渡段，7為第二拐角，8為駐室，9為擴散段與吸振腔之間的通風孔，IO為第二拐角與吸振腔 之間的通風孔，ll為吸振腔。
具體實施方式
本實用新型適用的一種開口回流式氣動一聲學風洞由風機、風機擴散段、第三拐角、換 熱器、第四拐角、蜂窩器、阻尼網、收縮段、噴口、射流段、收集口、擴散段、第一拐角、 第一過渡段、第二拐角及風機進風段組成。圖4、圖5和圖6示出了其中一部分，其中的噴口 1、射流段2、收集口3位於駐室8內，擴散段4、第一拐角5、第一過渡段6和第二拐角7構
成了風洞的部分回流管道。本實用新型是在回流管道的上方設置了吸振腔11,用於抑制低頻 顫振，在擴散段4的頂部開設了一個與吸振腔11相連通的通風孔9，在第二拐角7的頂部開 設了一個與吸振腔11相連通的通風孔10，通風孔9和通風孔10都可以單獨啟閉。
本實用新型適用的開口回流式氣動—聲學風洞吸振腔結構，可以抑制低頻顫振、改善駐 室聲學環境和流場品質。對於低頻顫振幅值產生的抑制效果，可以通過計算壓力脈動係數 Cp，peak來衡量，計算方法如下
^ in、 zu 乂 P咖 ^辦" Q7，/ ed——某一頻率段下峰值處壓力脈動係數；
》max一最大脈動壓力值；
/V 一測點動壓；
A——參考壓力(20//Pa)
丄/;，;jed——某一頻率段下峰值處聲壓級。
用原有結構和本實用新型的結構來進行對比實驗，通過繪製壓力脈動係數圖可以看出本 實用新型結構在抑制低頻顫振方面的效果。
圖7是原有結構的壓力脈動係數圖，圖8是在打開擴散段4與吸振腔11之間的通風孔9 的情況下，本實用新型的壓力脈動係數圖，圖9是在打開第二拐角7與吸振腔11之間的通風
孔10的情況下，本實用新型的壓力脈動係數圖。每個圖中的3條曲線對應於三個不同的頻率 段。
通常情況下，低頻顫振幅值隨著風速的增加不斷增加，如圖7所示。對比圖8和圖7， 可以看到第三頻率段的低頻顫振最大幅值從0. 63%降到了 0. 3%附近，降幅達到了 52. 4%。
在打開第二拐角7與吸振腔11之間的通風孔10的情況下，對比圖9和圖7可以看出， 第一頻率段的低頻顫振最大幅值從1. 2%降到了 0. 7錢附近，降幅接近38%。
改變通風孔9和通風孔10的面積，吸振腔11對低頻顫振又會產生不同的抑制效果。這 說明吸振腔與回流管道之間通風孔的位置和面積都會影響低頻顫振的抑制效果。從實驗的結 果來看，本實用新型取得了很好的效果，駐室中軸線處標準測點的低頻顫振幅值最大降幅可 達52.4%，特別是針對不同風速段出現的顫振峰值，可以由不同的孔及不同的開孔面積連接吸 振腔來進行控制，這些都有利於風洞中進行空氣動力學及噪聲分析實驗，從而取得可信的實 驗數據。
權利要求1.一種用於開口回流式氣動-聲學風洞的低頻顫振抑制結構，所述風洞包括駐室(8)和由擴散段(4)、第一拐角(5)、第一過渡段(6)、第二拐角(7)、風機及進出風段、第三、四拐角、第二過渡段、收縮段構成的回流管道，其特徵是所述由擴散段、第一拐角、第一過渡段和第二拐角構成的回流管道的上方設有吸振腔(11)，所述吸振腔(11)與回流管道之間至少設有一個通風孔(9，10)。
2. 根據權利要求1所述的用於開口回流式氣動一聲學風洞的低頻顫振抑制結構，其特徵是 所述通風孔(9)位於擴散段(4)與吸振腔(11)之間。
3. 根據權利要求l所述的用於開口回流式氣動一聲學風洞的低頻顫振抑制結構，其特徵是 所述通風孔(10)位於第二拐角(7)與吸振腔(11)之間。
專利摘要本實用新型公開了一種用於開口回流式氣動-聲學風洞的低頻顫振抑制結構，所述風洞包括駐室和由擴散段、第一拐角、第一過渡段、第二拐角、風機及進出風段、第三、四拐角、第二過渡段、收縮段構成的回流管道，所述由擴散段、第一拐角、第一過渡段和第二拐角構成的回流管道上方設有吸振腔，所述吸振腔與回流管道之間至少設有一個通風孔。本實用新型從研究駐室內發生低頻顫振現象的誘導因素出發，在回流管道上方增加吸振腔結構，並在回流管道和吸振腔之間開孔，從而吸收了某些頻段的低頻顫振能量，也改變了管道中的共振聲模態，進而降低了低頻顫振，改善試驗段流場和聲場的試驗測量環境。
文檔編號G01M9/04GK201060094SQ20072014403
公開日2008年5月14日 申請日期2007年6月14日 優先權日2007年6月14日
發明者鋼 萬, 楊志剛, 王毅剛, 鄭志強 申請人:同濟大學