新材料消音风道设计及研究

中图分类号：G283 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）03-0122-01

前言

随着动车组技术的发展，旅客舒适度已成为动车组性能提升的主要方向，其中客室噪音作为舒适度的重要指标，一直是动车组技术研究的热点。

1、研究提出的背景和意义

顶置空调是目前动车组普遍应用的空调布置方式，采用顶置空调的高速动车组，因空调与客室距离较近而且没有钢结构隔离，空调运行噪声容易传进客室，旅客乘坐舒适性会受到较大影响，研制高效率的消音风道是解决空调噪声的重要途径，也是提高整车舒适性的一个重要项点，传统消音风道使用普通玻璃丝棉做吸音材，已不能满足客室噪音新标准的要求，因此设计出安全可靠，效率更高的消音风道是一个亟待解决的问题。

2、消音风道设计理论

根据工程的客观状况，我们选用的消音设计方案采用阻性-扩张室复合消音装置，该装置由于声波在两端的反射，这种消声器的消声量比两个单独的消声器的消声量相加要大。敷有吸声层的扩张室，其消声量（传递损失）可用下式理论计算：

式中，为粗管中吸声材料单位长度的声衰减（dB/m），这里忽略了端点的反射；为扩张比，这里忽略了吸声材料所占据面积，而且吸声材料的厚度远小于通过它的声波之波长；为波长；为粗管长度（m）；，为的双曲余弦、正弦函数。

在实际应用中，阻抗复合消声器的传递损失是通过实验或现场测量确定。

3、消音风道设计方案

消音L道结构设计：消音风道采用阻性-扩张室复合消音装置，在风道腔内交叉设置消音立柱，立柱上覆盖吸音材，为防止吸音材被气流吹起脱落，吸音材表面由无纺布覆盖，立柱整体厚度为40mm，长度大概在500mm左右，整个消音风道设置7个消音立柱，保证气流在风道内与吸音材的接触面积，促使声波在风道内更充分被吸收，风道体内表面也覆盖10mm的吸音材，风道外部粘贴10mm厚的防寒材，消音区域长达1200mm，且在此范围内不设任何送风口。该结构可使空气流进入风道后，声波经过消音立柱时获得充分的反射和吸收。同时气流进入消音风道后，风腔面积显著增大，形成扩张室，气流速度降低，声音得到一定程度的衰减，消音风道结构及气流组织示意见附图1。

消音风道材料选用：传统消音风道采用玻璃丝棉作为吸声材料，本风道采用吸音系数更高的3D织物吸音棉，吸声系数及效果有较大提升（吸音系数对比见表1）。

4、消音风道性能试验

将消音风道连接在机组上，将机组风机打开，在消音风道出口用手持噪音仪测量噪声值，测量完毕后撤掉消音风道，在相同位置再测一遍噪声值（测试方法见附图2）。

具体步骤为：在距离消音风道口0.5m距离处，位于风道出风口垂直距离的正中，取如附图3所示的三个点测量噪声值。

拆掉消音风道，在步骤二相同位置三个点再测一遍噪声值。

测试结果统计如表2所示：

从试验结果分析，该消音风道的消音值与传统消音风道的8dB相比消音效果提升明显，达到设计要求。

5、结论

以上是对消音风道结构和材料进行优化设计的结果，相对于传统消音风道效率有一定的提升，风道体积适中，重量在可控范围内，无环境危害，工程化程度简单，可以推广到多种车型上使用，总体上来说较为成功，但是也存在改进空间。

以后将在开发新材料，优化新结构方向进一步努力，将消音风道的消音性能再提升一个台阶，对整车旅客舒适度提升做更大贡献。