汽車車門密封結(jié)構(gòu)的傳聲實(shí)驗(yàn)研究

徐世文，王毅剛，楊小禹，魏 程，劉偉東

(1. 中信戴卡股份有限公司，河北秦皇島066011；2. 同濟(jì)大學(xué)上海地面交通工具風(fēng)洞中心，上海201804)

0 引 言

汽車車門密封是汽車保證氣密、防塵等功能的重要指標(biāo)，近些年來(lái)隨著車內(nèi)噪聲的降低，其傳聲性能成為重要的關(guān)注對(duì)象，在汽車研發(fā)發(fā)達(dá)的歐美日韓等汽車公司以及我國(guó)的各大汽車廠商都對(duì)汽車密封結(jié)構(gòu)開(kāi)展了大量的研究開(kāi)發(fā)工作[1-5]。多年來(lái)，由于車輛動(dòng)態(tài)條件下的密封結(jié)構(gòu)傳聲性能研究較為困難，大多數(shù)研究都針對(duì)密封件開(kāi)展靜態(tài)(僅聲激勵(lì))下的隔聲研究，包括密封件的隔聲實(shí)驗(yàn)、仿真以及密封條二維、三維的壓縮變形和傳聲研究等[6-9]。靜態(tài)下的密封件聲學(xué)現(xiàn)象和動(dòng)態(tài)差異較大，車輛在高速行駛下的車內(nèi)外壓差及密封條局部的氣動(dòng)作用導(dǎo)致的門結(jié)構(gòu)位移和變形、密封條變形等都直接影響密封結(jié)構(gòu)的傳聲。近年來(lái)，隨著風(fēng)洞測(cè)量技術(shù)的普遍應(yīng)用，動(dòng)態(tài)下的車結(jié)構(gòu)密封傳聲研究日益引起重視，利用風(fēng)洞測(cè)試尋找問(wèn)題和改善性能尤為增多[10-12]。由于風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)費(fèi)用昂貴，該試驗(yàn)幾乎都基于車輛開(kāi)發(fā)的目的，對(duì)密封的聲現(xiàn)象及機(jī)理等研究較少，因?yàn)槠鋸?fù)雜性，相關(guān)仿真研究也不多。

基于上述氣動(dòng)條件下的車門密封傳聲研究現(xiàn)狀，本研究利用小型氣動(dòng)-聲學(xué)風(fēng)洞，參考汽車實(shí)車車門的高速運(yùn)動(dòng)外部流場(chǎng)條件，設(shè)計(jì)試驗(yàn)件，重點(diǎn)研究在氣動(dòng)和聲場(chǎng)環(huán)境下密封結(jié)構(gòu)傳聲的聲現(xiàn)象特征，實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)為車門的隔聲和密封設(shè)計(jì)提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及測(cè)量方法

1.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

為了模擬氣流流過(guò)車門時(shí)的流場(chǎng)狀態(tài)，本研究利用了如圖1所示的一座小型的氣動(dòng)-聲學(xué)風(fēng)洞。該風(fēng)洞為開(kāi)口直流式風(fēng)洞，噴口的尺寸為520 mm×200 mm，最大風(fēng)速為 40 m·s-1。風(fēng)洞流道和試驗(yàn)段壁面均進(jìn)行一定的吸聲處理，具備了一定的流場(chǎng)和聲場(chǎng)試驗(yàn)條件。

圖1 小型氣動(dòng)-聲學(xué)風(fēng)洞Fig.1 The small aero-acoustic wind tunnel

測(cè)試段及試件、測(cè)點(diǎn)等分布示意圖如圖 2 所示，試驗(yàn)段由一間矩形的消聲房間組成，其壁面進(jìn)行了消聲處理。該消聲試驗(yàn)段被試驗(yàn)件及其安裝結(jié)構(gòu)分成兩部分，一側(cè)為氣流側(cè)，試件表面和噴口平齊，使氣流掠過(guò)試件表面；另一側(cè)為聲接收側(cè)。分別在兩側(cè)布放一個(gè)傳聲器，用于測(cè)量?jī)蓚?cè)的聲壓特征。氣流側(cè)傳聲器放置于流場(chǎng)外。如需要在氣流側(cè)增加聲場(chǎng)輸入，在流場(chǎng)外附加一揚(yáng)聲器。

圖2 測(cè)試段及試件、測(cè)點(diǎn)等分布示意圖Fig.2 Layout of test sections, test piece, and measurement points

本文主要研究含有密封結(jié)構(gòu)的試件傳聲損失的特性，另外由于試驗(yàn)段空間較小，在試件兩側(cè)僅各安裝一個(gè)傳聲器，接收測(cè)距離試驗(yàn)件垂直距離15 cm，位于所在面中點(diǎn)位置。氣流側(cè)距離試驗(yàn)件垂直距離 15 cm，位于流場(chǎng)外。安裝位置在各試驗(yàn)狀態(tài)下保持不變，以保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可比性。在該實(shí)驗(yàn)中，氣流流過(guò)試驗(yàn)段，與周圍結(jié)構(gòu)相互作用會(huì)產(chǎn)生噪聲，同時(shí)試驗(yàn)段內(nèi)還有噴流噪聲，這些噪聲作為試驗(yàn)段的聲信號(hào)輸入。兩傳聲器的聲壓差代表試件的傳聲損失，通過(guò)不同密封結(jié)構(gòu)的變化，比較其傳聲損失差異來(lái)分析密封結(jié)構(gòu)的傳聲特性。

1.2 試驗(yàn)件確定

汽車車門的全尺寸結(jié)構(gòu)難以在上述試驗(yàn)條件下使用，為實(shí)現(xiàn)對(duì)門密封結(jié)構(gòu)的模擬，提取了榮威350前車門密封結(jié)構(gòu)剖面尺寸，使設(shè)計(jì)的試驗(yàn)件在密封條、門和門框的剖面結(jié)構(gòu)和原車相同，形狀為一縮小矩形門板，其大小試驗(yàn)可用。

為了模擬作用在試驗(yàn)件上的流體壓力和實(shí)車門板表面壓力相當(dāng)，本文先開(kāi)展了榮威350整車的氣動(dòng)仿真計(jì)算，獲取其前車門表面的壓力分布(詳細(xì)計(jì)算不在此贅述)，如圖3所示。當(dāng)車速為35 m·s-1時(shí)，其表面壓力分布范圍為-602～350 Pa，最大負(fù)壓值出現(xiàn)在門前側(cè)上方邊沿位置，也是門密封位置。不考慮局部正壓如門把手等位置，大部分壓力分布范圍為負(fù)壓-602～-30 Pa，密封結(jié)構(gòu)位置負(fù)壓范圍為-602～-200 Pa。為了和實(shí)車流場(chǎng)相近，使試驗(yàn)件內(nèi)外產(chǎn)生壓差，試驗(yàn)件設(shè)計(jì)成來(lái)流前端有一定弧度的曲面，如圖4所示。并經(jīng)過(guò)仿真計(jì)算優(yōu)化，使其和實(shí)車上的表面壓力在數(shù)量級(jí)上相當(dāng)，尤其與最大負(fù)壓值相近，壓力分布如圖5所示。計(jì)算選取的風(fēng)速為35 m·s-1，加速段后的平板區(qū)域負(fù)壓最大，平板中后方負(fù)壓最小，負(fù)壓分布范圍為-650～-260 Pa，基本和實(shí)車相當(dāng)，能夠強(qiáng)化負(fù)壓的作用。由此確定了試驗(yàn)件的外形，再結(jié)合實(shí)車密封結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)試驗(yàn)件門結(jié)構(gòu)模型，試驗(yàn)件由全鋼板制作。

圖3 實(shí)車車門壓差分布Fig.3 Air pressure distribution on a car door

圖4 選定試驗(yàn)件外形結(jié)構(gòu)尺寸Fig.4 The external structure size of the test piece

圖5 試件氣動(dòng)壓力仿真計(jì)算結(jié)果Fig.5 Simulation results of aerodynamic pressure on the test piece

1.3 試驗(yàn)件表面的壓力測(cè)量

為了驗(yàn)證試驗(yàn)件表面流場(chǎng)壓力與設(shè)計(jì)一致，對(duì)所設(shè)計(jì)試驗(yàn)件在氣流流過(guò)時(shí)表面所形成的負(fù)壓進(jìn)行測(cè)定。使用皮托管測(cè)量方法測(cè)量試驗(yàn)件的內(nèi)外壓差，試驗(yàn)件上分布 6個(gè)測(cè)點(diǎn)，如圖 6所示。在 35 m·s-1風(fēng)速下，各測(cè)點(diǎn)的壓力分布如表1所示。測(cè)量點(diǎn)壓力分布范圍為-582～-168 Pa，略低于實(shí)車，但相差較小，可以認(rèn)為和實(shí)車相當(dāng)，滿足測(cè)試要求。

圖6 試驗(yàn)件及壓力測(cè)點(diǎn)位置Fig.6 The test piece and the positions of pressure measurement points

表1 試驗(yàn)件上不同測(cè)點(diǎn)的表面壓力(Pa)Table 1 Surface pressures at different measuring points of test piece (Pa)

1.4 試驗(yàn)件密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由流動(dòng)引起的車門密封結(jié)構(gòu)傳聲可以看成由兩部分組成，一是密封結(jié)構(gòu)在流體流經(jīng)時(shí)密封條存在密封缺陷(如縫隙)引起的傳聲及由門板、門框及密封條形成的條縫(空腔)引發(fā)的傳聲加?。欢歉咚傩旭倳r(shí)車門內(nèi)外壓差導(dǎo)致的門板被外推和變形引起門縫隙增加使傳聲加強(qiáng)。為了研究上述兩種情況下密封結(jié)構(gòu)的傳聲特征，設(shè)計(jì)了兩種門結(jié)構(gòu)，一種結(jié)構(gòu)為僅研究單道密封條垂直于來(lái)流方向(簡(jiǎn)稱豎向密封條)和單道密封條平行于來(lái)流方向(簡(jiǎn)稱橫向密封條)的傳聲情況，如圖7(a)所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)開(kāi)啟其中一條密封條時(shí)，另一條用油泥封堵并抹平。另一種結(jié)構(gòu)為模擬實(shí)際門密封的門模型，其密封結(jié)構(gòu)和榮威350車前門橫截面尺寸相同，四邊安裝密封條，有安裝鉸鏈，門鎖位置為可壓緊又能調(diào)整門縫隙的螺桿件。該結(jié)構(gòu)可以研究四邊密封門傳聲和模擬門板在內(nèi)外壓差作用下門縫隙增加時(shí)傳聲，如圖7(b)所示。密封條選用車門常用的D型結(jié)構(gòu)，其剖面結(jié)構(gòu)和安裝方式如圖7(c)所示。

圖7 兩種門板密封方式Fig.7 Two sealing methods of the door

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 單道密封結(jié)構(gòu)的傳聲特性

該實(shí)驗(yàn)選取的風(fēng)速為 30 m·s-1，同時(shí)氣流側(cè)有風(fēng)洞系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲在該區(qū)域的疊加，作為實(shí)驗(yàn)的噪聲場(chǎng)。實(shí)驗(yàn)分別對(duì)無(wú)密封結(jié)構(gòu)的試件(除密結(jié)構(gòu)外，其他和帶有密封結(jié)構(gòu)的試件相同)和有密封結(jié)構(gòu)的試件進(jìn)行氣流側(cè)(流場(chǎng)外)和接收側(cè)的聲壓測(cè)量，對(duì)比分析密封結(jié)構(gòu)傳聲的頻譜特征。

2.1.1 豎向密封條傳聲特征

圖8為無(wú)密封結(jié)構(gòu)的試件和有豎向密封結(jié)構(gòu)試件氣流側(cè)(流場(chǎng)外)和接收側(cè)的A計(jì)權(quán)聲壓頻譜測(cè)量結(jié)果，圖中鋼門板數(shù)據(jù)為無(wú)密封結(jié)構(gòu)的試件數(shù)據(jù)，下同。從氣流側(cè)的結(jié)果可看出，密封條的安裝對(duì)外側(cè)輻射的噪聲在高頻有一定的增加，尤其在 4～6 kHz頻段增加較為明顯，但量級(jí)不大，其他頻段幾乎不變。從接收側(cè)看，由于密封結(jié)構(gòu)的存在，頻率大于1.5 kHz的中高頻區(qū)域噪聲明顯增加(即使密封條在氣流側(cè)附加的噪聲會(huì)增加內(nèi)部傳聲，但其貢獻(xiàn)量也應(yīng)是小量)，最大增加量超過(guò)10 dB(A)，其頻帶較寬。所以僅密封條的存在對(duì)中高頻傳聲的影響應(yīng)給予關(guān)注。

圖8 豎密封與無(wú)密封頻譜圖Fig.8 Sound pressure spectrums for the door vertically sealed and unsealed

2.1.2 橫向密封條傳聲特征

圖9為無(wú)密封結(jié)構(gòu)的試件和有橫向密封結(jié)構(gòu)試件氣流側(cè)(流場(chǎng)外)和接收側(cè)的A計(jì)權(quán)聲壓頻譜測(cè)量結(jié)果。從氣流側(cè)的結(jié)果可看出密封條的安裝對(duì)外側(cè)輻射的噪聲幾乎無(wú)影響。從接收側(cè)看，由于密封結(jié)構(gòu)的存在，在 500～8 kHz較寬頻區(qū)域噪聲增加明顯，最大增加量超過(guò)10 dB(A)，尤其在700～5 kHz頻段增加量較大。與豎向密封結(jié)構(gòu)相比，傳聲損失向低頻移動(dòng)，頻率大于6 kHz以后傳聲變?nèi)?，兩者表現(xiàn)出較大的差異。因此，在密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)橫豎密封結(jié)構(gòu)應(yīng)區(qū)別對(duì)待。

圖9 橫密封與無(wú)密封頻譜圖Fig.9 Sound pressure spectrums for the door horizontally sealed and unsealed

2.2 門板模型密封結(jié)構(gòu)的傳聲特性

同單道密封結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)相同，實(shí)驗(yàn)時(shí)風(fēng)速為30 m·s-1，存在風(fēng)洞系統(tǒng)的噪聲場(chǎng)。分別對(duì)無(wú)密封結(jié)構(gòu)的試件和門板模型有密封結(jié)構(gòu)的試件進(jìn)行氣流側(cè)(流場(chǎng)外)和接收側(cè)的聲壓測(cè)量，對(duì)比分析密封結(jié)構(gòu)傳聲的頻譜特征。但研究發(fā)現(xiàn)門板模型在氣流作用下由于存在密封結(jié)構(gòu)，輻射噪聲增加較多，不能保證外部在試件上的輸入噪聲相同。所以，實(shí)驗(yàn)增加了10～20 kHz頻帶內(nèi)白噪聲的靜態(tài)噪聲源，保證了整個(gè)頻段在不同試件下的輸入聲場(chǎng)基本相同。

2.2.1 門板模型密封結(jié)構(gòu)的傳聲特性

圖 10為無(wú)密封結(jié)構(gòu)的試件和門板模型密封結(jié)構(gòu)試件氣流側(cè)和接收側(cè)的 A計(jì)權(quán)聲壓頻譜測(cè)量結(jié)果。實(shí)驗(yàn)中門板處于完全關(guān)閉狀態(tài)，由于門板面積小，其內(nèi)外壓差不能使門板產(chǎn)生變形和向外推產(chǎn)生縫隙。

圖10 安裝整圈密封條和無(wú)密封門板內(nèi)外聲壓頻譜Fig.10 Sound pressure spectrums for the door sealed around and unsealed

從氣流側(cè)的結(jié)果可看出，兩種試件下的頻譜基本相同，僅在5 kHz頻率附近有較小差異。從接收側(cè)看，由于密封結(jié)構(gòu)的存在，400 Hz～10 kHz較寬頻域的噪聲增加明顯，最大增加量超過(guò)10 dB(A)，尤其在500 Hz～6 kHz頻段內(nèi)增加量較大。與上述單道密封結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比，該結(jié)果可看作是橫向和豎向單道密封結(jié)構(gòu)的合成。說(shuō)明了門板四周密封(兩橫兩豎)具有單道密封合成的傳聲特征，因此，在門結(jié)構(gòu)密封設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)橫豎密封結(jié)構(gòu)針對(duì)不同的傳聲頻率特征進(jìn)行區(qū)別化設(shè)計(jì)。

2.2.2 門板密封縫隙對(duì)傳聲的影響

門結(jié)構(gòu)在實(shí)際高速行駛時(shí)，內(nèi)外壓差會(huì)使其向外推，產(chǎn)生2 mm左右的門板縫隙。如前所述，本實(shí)驗(yàn)由于門板面積小，其內(nèi)外壓差不能外推門結(jié)構(gòu)產(chǎn)生縫隙。因此，本實(shí)驗(yàn)采用門鎖位置人為產(chǎn)生大小為0 mm(密封條壓縮量為5 mm)、1.5 mm(密封條壓縮量為 3.5 mm)和 3 mm(密封條壓縮量為 2 mm)的縫隙，以模擬在高速氣流作用下，車門由于負(fù)壓作用可能被向外推動(dòng)的情況。在不同縫隙時(shí)密封條會(huì)受到不同大小的壓緊力作用，產(chǎn)生不同程度的變形。風(fēng)速為30 m·s-1時(shí)，在10～20 kHz頻段附加白噪聲聲源。圖 11為不同關(guān)緊狀態(tài)時(shí)氣流側(cè)和接收測(cè)的A計(jì)權(quán)總聲壓級(jí)，圖12為不同關(guān)緊狀態(tài)時(shí)的聲壓頻譜。

圖11 不同關(guān)緊狀態(tài)下的聲壓級(jí)Fig.11 Sound pressure levels in different closed states

圖12 不同關(guān)緊狀態(tài)下的聲壓頻譜Fig.12 Sound pressure spectrums in different closed states

從圖 11中的結(jié)果可以看出，氣流側(cè)的聲場(chǎng)基本相同，隨著門縫隙的增加，傳聲增強(qiáng)，縫隙寬度進(jìn)一步增加時(shí)，傳聲的增加量會(huì)減小。由圖 12的頻譜可見(jiàn)，縫隙增加主要的影響在 400 Hz～3 kHz頻段，隨著縫隙寬度的增加傳聲增強(qiáng)。但在 3 kHz之后隨著門板縫隙的增加，接收側(cè)聲壓級(jí)反而出現(xiàn)了減小的現(xiàn)象。分析其原因，當(dāng)門板的門鎖邊抬起時(shí)，相對(duì)應(yīng)的鉸鏈邊會(huì)下沉，使得鉸鏈邊的密封條壓縮程度反而增加，導(dǎo)致了4 kHz左右頻段的隔聲能力增強(qiáng)。據(jù)此可以認(rèn)為，車門整圈密封的不同部位，對(duì)于不同頻段的噪聲的削弱能力是不同的，在設(shè)計(jì)車門密封條時(shí)，應(yīng)考慮對(duì)不同部位、不同頻段噪聲分別做針對(duì)性設(shè)計(jì)。

2.3 門板模型各密封邊壓緊力和傳聲特性隨風(fēng)速的變化

密封結(jié)構(gòu)的傳聲特性和密封條的擠壓程度密切相關(guān)。通過(guò)在密封條和門結(jié)構(gòu)之間夾持薄膜片式壓力傳感器測(cè)量密封條的壓緊力，同時(shí)，利用傳聲器放置于對(duì)應(yīng)的壓力測(cè)點(diǎn)旁測(cè)量該點(diǎn)的聲壓，近似認(rèn)為該點(diǎn)的聲壓主要是由該位置密封結(jié)構(gòu)的傳聲引起。圖13為聲壓測(cè)點(diǎn)位置，圖14為薄膜壓力傳感器安裝方式和測(cè)點(diǎn)位置。在10～20 kHz頻段附加白噪聲聲源，分別在風(fēng)速為 0、10、15、20、25、30和35 m·s-1時(shí)，測(cè)量聲壓級(jí)和壓緊力。

圖13 接收側(cè)聲壓測(cè)點(diǎn)Fig.13 Sound pressure measurement point on receiving side

門鎖邊密封條壓力傳感器的測(cè)點(diǎn)布置和安裝方式如圖14所示，測(cè)點(diǎn)1和測(cè)點(diǎn)5位于密封條邊緣位置測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)2、3、4依次位于中間位置測(cè)點(diǎn)，其他三個(gè)密封邊也按照類似的方式處理。在門板保持關(guān)緊狀態(tài)下，圖 15～17為四個(gè)邊各個(gè)測(cè)點(diǎn)的壓緊力隨不同風(fēng)速變化的測(cè)量數(shù)據(jù)。

圖14 薄膜壓力傳感器安裝及測(cè)點(diǎn)Fig.14 Film pressure sensors installation and measurement points

從圖 15中可以看出，在不同的風(fēng)速下各密封邊的壓緊力分布不同，規(guī)律有一定的差異。門鎖邊壓力分布基本呈現(xiàn)兩側(cè)測(cè)點(diǎn)壓力值低、中間測(cè)點(diǎn)壓力值高的分布規(guī)律，顯然門鎖位置為固定點(diǎn)，壓力大，向兩邊僅為門結(jié)構(gòu)支撐，壓力變小。隨著風(fēng)速的逐漸增加，每個(gè)壓力測(cè)點(diǎn)的壓力值呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，分析其原因?yàn)椋寒?dāng)氣流流過(guò)門板時(shí)(風(fēng)速 15 m·s-1以上)，門板面形成負(fù)壓區(qū)，風(fēng)速越大負(fù)壓也越大，其結(jié)構(gòu)變形增加，密封條壓緊力減小。但風(fēng)速較小(15 m·s-1以下)時(shí)由于負(fù)壓小門板幾乎無(wú)變形，此時(shí)內(nèi)外壓差作用于密封條上會(huì)導(dǎo)致壓緊力增加。這些都會(huì)對(duì)密封條的傳聲產(chǎn)生一定的影響。

圖15 門鎖邊壓力值隨風(fēng)速變化Fig.15 Pressure changes with wind speed at the lock side

由圖 16可見(jiàn)，鉸鏈邊明顯靠近鉸鏈位置，測(cè)點(diǎn)壓力大，其他位置壓力小，這是結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)所致。隨著風(fēng)速的增加，壓力基本呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)，也略有波動(dòng)的特點(diǎn)。其原因在于氣流通過(guò)時(shí)負(fù)壓區(qū)導(dǎo)致門板外推繞鉸鏈呈轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，使該側(cè)壓力增加。其波動(dòng)的原因也和密封條的受壓有關(guān)。

圖16 鉸鏈邊壓力值隨風(fēng)速變化Fig.16 Pressure changes with wind speed at the hinge side

圖17上下門板兩邊(測(cè)點(diǎn)1、2、3位于一邊，測(cè)點(diǎn)4、5、6位于另一邊)測(cè)點(diǎn)的壓力。很明顯壓力值與結(jié)構(gòu)有關(guān)，靠近鉸鏈邊壓力高，靠近門鎖邊壓力低。風(fēng)速的變化引起壓力變化的規(guī)律不明顯，但有風(fēng)和無(wú)風(fēng)時(shí)差異較大，可能有風(fēng)時(shí)與密封條受到的壓力有關(guān)。

圖17 上下邊測(cè)點(diǎn)壓力值隨風(fēng)速變化Fig.17 Pressure changes with wind speed at the upper and lower sides of the door

圖18 門鎖邊測(cè)點(diǎn)壓力值和聲壓級(jí)(風(fēng)速為30 m·s-1)Fig.18 Pressure and sound pressure level at the lock side (wind speed is 30 m·s-1)

圖19 鉸鏈邊測(cè)點(diǎn)壓力值和聲壓級(jí)(風(fēng)速為30 m·s-1)Fig.19 Pressure and sound pressure level at the hinge side (wind speed is 30 m·s-1)

圖20 門板下邊測(cè)點(diǎn)壓力和聲壓級(jí)分布(風(fēng)速為30 m·s-1)Fig.20 Pressure and sound pressure level at the lower side of the door (wind speed is 30 m·s-1)

圖18～20為門板密封條位置壓緊力和傳聲能力的對(duì)比。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量，氣流側(cè)板面附近的聲壓分布基本均勻，和平均值最大相差1.6 dB(A)，所以，在接收側(cè)測(cè)量的聲壓近似代表該位置的傳聲能力。從圖 18～20中可以看出，壓緊力和傳聲能力基本呈負(fù)相關(guān)，但壓緊力分布不同時(shí)，傳聲能力相互產(chǎn)生影響。如門鎖邊第4個(gè)測(cè)點(diǎn)壓緊力大，但該點(diǎn)受第5個(gè)測(cè)點(diǎn)壓緊力小、傳聲強(qiáng)的影響，第4點(diǎn)的傳聲變得較強(qiáng)。鉸鏈邊的第4點(diǎn)有類似的情況。由此可以看出，要降低傳聲能力，壓緊力要增加，同時(shí)要避免壓緊力不均勻出現(xiàn)局部傳聲變強(qiáng)而影響整體隔聲效果的情況。

3 討 論

3.1 流場(chǎng)及氣動(dòng)聲場(chǎng)環(huán)境下的門板結(jié)構(gòu)傳聲性能

從上述單道密封條密封結(jié)構(gòu)和門板密封結(jié)構(gòu)的傳聲綜合分析可以看出，和來(lái)流方向垂直的密封邊(豎向密封)對(duì)門板中高頻傳聲影響較大，來(lái)流方向相同的密封邊(橫向密封)也對(duì)門板中高頻傳聲影響較大，與豎向密封不同的是它的中高頻范圍向低頻擴(kuò)展，對(duì)更高頻段的影響不大。這些密封結(jié)構(gòu)對(duì)低頻傳聲無(wú)影響。但流場(chǎng)及氣動(dòng)聲場(chǎng)對(duì)門板聲輻射和聲透射有重要的影響。據(jù)文獻(xiàn)[13]研究可知，流體脈動(dòng)對(duì)汽車車身板結(jié)構(gòu)而言會(huì)產(chǎn)生低頻聲輻射，氣動(dòng)聲場(chǎng)會(huì)對(duì)其中高頻透聲產(chǎn)生影響。總結(jié)上述研究結(jié)論可以獲得圖 21的流場(chǎng)及氣動(dòng)聲場(chǎng)環(huán)境下門板傳聲的特征，這將對(duì)門的隔聲和密封設(shè)計(jì)提供重要的參考。

圖21 流場(chǎng)及氣動(dòng)聲場(chǎng)環(huán)境下門板傳聲的特征Fig.21 The sound transmission characteristics of door panel imposed by the airflow and aerodynamic sound

3.2 密封條壓緊力和傳聲的關(guān)系

從上述研究綜合考慮，密封條壓緊力增加無(wú)疑使密封結(jié)構(gòu)的傳聲改善。壓緊力的增加除設(shè)計(jì)意圖外，門板在外力作用下會(huì)產(chǎn)生局部變形，會(huì)導(dǎo)致有些點(diǎn)的密封性增強(qiáng)，有些點(diǎn)變?nèi)?，傳聲特性?huì)發(fā)生改變。如圖12所示，門板在鎖邊位置抬高3 mm的間隙，其密封性變差，大部分頻段傳聲增加，但高頻4 kHz附近傳聲卻改善，也許和鉸鏈邊密封條被擠壓有關(guān)。圖18和圖19出現(xiàn)壓緊力大的位置受其周圍壓緊力小的位置傳聲的影響，傳聲增加；圖15～17均出現(xiàn)無(wú)風(fēng)速和有風(fēng)速時(shí)(盡管較小)壓緊力突然提高較多的情況，雖然門板受氣流影響不大，但密封條受內(nèi)外壓差變化而變形，影響壓緊力。這些現(xiàn)象有待進(jìn)一步研究，但也說(shuō)明了門結(jié)構(gòu)的密封受諸多因素的影響，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)綜合考慮。

4 結(jié) 論

通過(guò)小型氣動(dòng)-聲學(xué)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)測(cè)試和分析手段，參考汽車實(shí)車門板結(jié)構(gòu)密封和氣動(dòng)力作用，建立門板單道密封結(jié)構(gòu)和門板板四周密封結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)研究環(huán)境和試驗(yàn)件，研究其密封結(jié)構(gòu)傳聲特性。研究結(jié)果表明：

(1) 和來(lái)流方向垂直的密封邊(豎向密封)對(duì)門板中高頻段的傳聲影響較大，和來(lái)流方向相同的密封邊(橫向密封)也對(duì)門板中高頻段的傳聲影響較大，與豎向密封不同的是它的中高頻范圍向低頻擴(kuò)展，對(duì)更高頻段的影響不大。進(jìn)一步分析給出了流體和氣動(dòng)聲環(huán)境下門板結(jié)構(gòu)(包括密封結(jié)構(gòu))全頻段的傳聲、聲輻射和透射特征，對(duì)門板的隔聲和密封設(shè)計(jì)具有參考價(jià)值。

(2) 密封條壓緊力和密封結(jié)構(gòu)傳聲有正相關(guān)關(guān)系，但由于門結(jié)構(gòu)四邊支撐結(jié)構(gòu)不同，受外力作用門板變形不同，壓緊力會(huì)在周邊有不同的分布，其傳聲特性也會(huì)隨之變化，說(shuō)明了門結(jié)構(gòu)的密封受多因素的影響，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)綜合考慮。