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Sysnoise对摩托车进排气系统的声学性能优化设计


Sysnoise 对摩托车进排气系统的声学性能优化设计
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动力网】 【3D 动力网】在确定了摩托车的 Sysnoise 对摩托车进排气系统的声学性能优化设计

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【3D 动力网】在确定了摩托车的主要噪声源及其频率特性以后,应用 Sysnoise 对进排气系统的声学性能进 行了计算和优化,其后的验证测试表明摩托车的通过噪声有大幅下降。 一、背景 在嘉陵集团某 125 型摩托车通过噪声改善研究工作中,通过屏蔽测试和 ASQ 方法已经确定了进气噪声 和排气噪声是贡献最大的两个部分,在 80~200Hz 进气噪声贡献量超过 80%,200~300Hz 排气噪声贡献量 超过 80%,300~500Hz 进气占 60%,排气占 40%。所以确定主要改进方向为消声器和空滤器,应用 Sysnoi se 对这两个部件的声学性能进行计算和优化。 二、消声器声学性能计算及优化 在评价消声器的声学性能时,采用了传递损失 TL(TransmissionLoss)这一定义。和传递函数不同, 传递损失是指声音通过某一系统,如消声器,其进、出口间的声功率级之差。传递损失与声源无关,仅与 消声器的结构和介质特性有关。 传递损失是评价消声器声学性能最重要的参数,测试条件要求相当高,现阶段多用数值方法来计算。 传递损失的公式表达如下:

其中各参数含义如下: Sn:进口端截面积;pn:进口端压力;ρ:流动介质密度;:c 介质中的声速;

vn:质点振动速度;pi:出口端处压力;Si:出口端截面积。 对原消声器结构进行边界元建模、计算,得到其传递损失图 1 所示:

图 1 原消声器传递损失

主要噪声源及其频率特性以后,应用 Sysnoise 对进排气系统的声学性能进行了计算和优化,其后的验证 测试表明摩托车的通过噪声有大幅下降。 可见,原消声器结构在 200-500Hz 范围内传递损失都不大,特别在 200Hz 和 500Hz 附近还出现了 两个低谷,影响了消声器的低频消声性能,这和 ASQ 测试的结论基本一致,所以模拟和优化工作主要围 绕 200-500Hz 频率段进行。 在确定了工作方向以后,即进入详细设计阶段。由于原消声器的主要问题集中在 200~500Hz 范围 内,难以采用膨胀腔的方式来解决,故考虑增加 Helmholtz 谐振腔来弥补局部传递损失偏低的问题。同时, 针对原消声器容积小、插入管尺寸不合理等问题,对消声器的管路尺寸也进行了修改。经对四十多种消声 器方案进行对比分析,并综合考虑各方案的声学效果、动力匹配、工艺性等因素,最终确定了三种方案, 即:E11、E20 和 E28。分别如下图 2-图 4 所示:

图 2 消声器方案 E11

图 3 消声器方案 E20

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【3D 动力网】在确定了摩托车的主要噪声源及其频率特性以后,应用 Sysnoise 对进排气系统的声学性能进 行了计算和优化,其后的验证测试表明摩托车的通过噪声有大幅下降。

图 4 消声器方案 E28

图 5 消声器传递损失对比

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【3D 动力网】在确定了摩托车的主要噪声源及其频率特性以后,应用 Sysnoise 对进排气系统的声学性能进 行了计算和优化,其后的验证测试表明摩托车的通过噪声有大幅下降。 从以上曲线对比图中可以看出,这三种模型在 200~500Hz 频域范围内的声学性能都较原消声器有所提 高,但最终的效果只能靠测试来验证。 三、空滤器声学性能计算及优化

ASQ 分析结果显示,80~200Hz 进气噪声贡献量超过 80%,300~500Hz 进气占 60%,是该车型最大的 噪声源,改进潜力较大。但因为进气管路尺寸对动力性能影响很大,所以在改进空滤器结构以达到降噪目 标的同时,还需考虑其对动力性能的影响。 原空滤器的主要问题是容积偏小和容腔形状欠佳,因此重新设计了十余种方案进行计算和评价。计算 模型按照 LMS 工程师的建议,在入口处施加一个标准单位的体积加速度激励,考察距离出口 1m 远的测点 处的声压级曲线。在该项目的模拟过程中,总共建立了十多种空滤器模型进行对比分析,新设计的空滤器 对进气口方向进行了调整,进气方式由原来的侧面进气改为后面进气,增大了空滤器的空积。经过对比分 析,最终选择了三种模型进行了样件试制和试验,即:K2、K3、K8。其声学效果对比如图 6:

图 6 空滤器声学效果对比 可见,在调整了容腔大小和形状以后,空滤器的声学性能有了极大改善。其中又以 K3、K8 的效果较 为突出。 考虑到空滤器进气口截面大小和进气管长度均会影响发动机性能,另外使用 BOOST 软件计算了不同 空滤器结构对发动机性能的影响,如图 7 所示:

图 7 发动机性能预测模型 计算结果表明,相对原结构而言,新的空滤器方案会导致发动机性能在某些转速范围内有所降低,但 功率、扭矩降低都没有超过 5%的范围,所以完全符合设计要求。 四、验证测试 通过噪声验证测试进行了空滤器效果验证、消声器效果验证以及组合效果验证等三项,结果如图 8、 图 9。

图 8 空滤器改进效果

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【3D 动力网】在确定了摩托车的主要噪声源及其频率特性以后,应用 Sysnoise 对进排气系统的声学性能进 行了计算和优化,其后的验证测试表明摩托车的通过噪声有大幅下降。

图 9 消声器改进效果 结果表明,在采用新的进排气方案(K2+E11)后,载体车型的通过噪声由原 78.5dB(A)下降到 76.5dB (A),达到项目的预期目标。在后续测试中,采用 K3+E11 组合的通过噪声声压级降低到了 76dB(A),但由 于动力性能牺牲较大而未作为定型方案。 五、小结和展望 Sysnoise(V.L.Acoustics)是目前进行部件级声学性能设计最有效的模拟手段,能较好指导详细的结构 设计。在完成上述计算的基础上,准备开展以下研究工作: 1 含有多孔介质(如吸声材料、催化转化器、滤芯等)的部件声学性能计算; 2 部件级声学性能的测量手段,如传递损失测量等。


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