汽車風(fēng)洞實(shí)際流場(chǎng)對(duì)聲源識(shí)別的干擾與修正

沈哲，余昊晟，王勇，彭里奇，楊志剛2，

（1.汽車噪聲振動(dòng)和安全技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 401122；2.同濟(jì)大學(xué) 機(jī)械工程博士后流動(dòng)站，上海 201804；3.同濟(jì)大學(xué) 上海地面交通工具風(fēng)洞中心，上海 201804）

整車聲學(xué)風(fēng)洞是氣動(dòng)噪聲研究的關(guān)鍵設(shè)施，開口式聲學(xué)風(fēng)洞中氣動(dòng)噪聲源及其聲傳播特性是實(shí)驗(yàn)測(cè)量的重要內(nèi)容之一.汽車產(chǎn)生的外噪聲在向遠(yuǎn)場(chǎng)傳播的過(guò)程中，受風(fēng)洞流場(chǎng)影響，其傳播的路徑發(fā)生改變，產(chǎn)生聲漂移現(xiàn)象[1].風(fēng)洞中汽車?yán)@流場(chǎng)和射流剪切層相互干擾，實(shí)際流場(chǎng)與空風(fēng)洞流場(chǎng)及汽車在自由空間流場(chǎng)不一致，進(jìn)一步改變了聲傳播路徑.因此，汽車風(fēng)洞實(shí)際流場(chǎng)的存在導(dǎo)致的復(fù)雜聲漂移成為準(zhǔn)確了解汽車氣動(dòng)噪聲源的重要技術(shù)障礙，有必要解決.

關(guān)于射流剪切層聲傳播的研究，最為經(jīng)典的是Amiet 剪切層修正理論[2]，該理論將剪切層簡(jiǎn)化成一個(gè)無(wú)限薄的渦殼面，以聲折射定律和聲速連續(xù)性推導(dǎo)，奠定了幾何聲學(xué)研究剪切層聲折射的基礎(chǔ).近年來(lái)相關(guān)研究多為對(duì)Amiet 理論剪切層修正和改進(jìn).文獻(xiàn)[3-5]在Amiet 理論基礎(chǔ)上，提出三維剪切層修正方法.一些研究考慮了實(shí)際剪切層的厚度，提出改進(jìn)模型或方法，是對(duì)此理論的驗(yàn)證或者完善[6-7].Sarradj[8]提出射線追蹤法，可對(duì)非均勻流場(chǎng)聲漂移量進(jìn)行修正.關(guān)于車輛繞流場(chǎng)對(duì)聲傳播的影響的文獻(xiàn)較少.在汽車風(fēng)洞測(cè)試中，車輛的阻塞效應(yīng)會(huì)對(duì)風(fēng)洞流場(chǎng)產(chǎn)生影響[9-10].王毅剛等[11]在推導(dǎo)聲漂移問(wèn)題時(shí)加入了汽車?yán)@流場(chǎng)的影響，但并未考慮空風(fēng)洞流場(chǎng)與車輛繞流場(chǎng)的相互干擾.

本文以實(shí)際整車氣動(dòng)聲學(xué)風(fēng)洞與真實(shí)車輛為研究對(duì)象，利用數(shù)值計(jì)算手段得到流場(chǎng)特性，分析帶有真實(shí)車輛的風(fēng)洞流場(chǎng)與自由空間車輛繞流場(chǎng)、空風(fēng)洞流場(chǎng)的區(qū)別，建立汽車聲學(xué)風(fēng)洞中完整的聲勢(shì)流核心區(qū)到剪切層區(qū)再到遠(yuǎn)場(chǎng)流動(dòng)區(qū)的傳播模型，利用整車氣動(dòng)聲學(xué)風(fēng)洞與相應(yīng)車輛進(jìn)行了聲源傳播試驗(yàn)，對(duì)所提出模型進(jìn)行驗(yàn)證，以期為汽車風(fēng)洞噪聲源定位測(cè)試提供修正方法.

1 聲漂移及其修正方法

1.1 聲漂移現(xiàn)象產(chǎn)生機(jī)理

在開放式消聲風(fēng)洞中進(jìn)行聲學(xué)測(cè)量時(shí)，傳聲器位于勢(shì)流核心區(qū)外部、消聲室內(nèi)的遠(yuǎn)場(chǎng)環(huán)境中[12].這意味著描述離開勢(shì)流核心區(qū)的聲傳播的射線路徑將在到達(dá)傳聲器之前穿過(guò)剪切層.剪切層為勢(shì)流核心區(qū)和遠(yuǎn)場(chǎng)流動(dòng)區(qū)間的流體層，在垂直于平均流向的方向上存在速度梯度.聲傳播路徑受到風(fēng)洞流場(chǎng)的影響將發(fā)生折射，基于聲源到傳聲器簡(jiǎn)單直線聲傳播模型得到的表觀聲源與實(shí)際聲源的位置間有一定偏差，即聲漂移現(xiàn)象.為了得到實(shí)際聲源的準(zhǔn)確位置，需要進(jìn)行聲漂移修正.

根據(jù)幾何聲學(xué)原理[1]，聲經(jīng)過(guò)兩種不同介質(zhì)的邊界時(shí)，沿邊界方向聲傳播的速度是連續(xù)的.聲波速度由介質(zhì)內(nèi)的固有聲速和流體速度組成，在邊界兩側(cè)聲速相等.

圖1 Amiet 無(wú)限薄剪切層法Fig.1 Amiet infinite thin shear layer method

第k 層中實(shí)際傳播角θk與靜止空氣聲傳播角的關(guān)系可以用波對(duì)流關(guān)系式給出：

在Amiet 基本模型中，射流剪切層被簡(jiǎn)化為無(wú)限薄，假設(shè)剪切層內(nèi)側(cè)是速度為U1的均勻流場(chǎng)、剪切層外流場(chǎng)靜止，即U1=0，求得聲漂移量：

1.2 改進(jìn)修正方法

1.2.1 分層修正

無(wú)限薄剪切層聲漂移修正方法忽略了剪切層的厚度，因此在靠近噴口附近能更好預(yù)測(cè)剪切層對(duì)聲傳播的影響，遠(yuǎn)離噴口位置誤差相對(duì)較大.此外，剪切層以內(nèi)的流場(chǎng)速度并不是完全均勻，外部流場(chǎng)也非完全靜止，此部分對(duì)聲折射的影響也應(yīng)當(dāng)考慮.

分層模型[6]將流場(chǎng)分割成n 層平行層的方法，對(duì)Amiet 修正模型進(jìn)行優(yōu)化，如圖2 所示.用k 和k+1分別替代式（1）中的1 和2，得到：

圖2 實(shí)際流場(chǎng)分層法Fig.2 Actual layered flow field method

由此可得到總的聲漂移量：

分層法使用的流場(chǎng)速度分布更接近實(shí)際情況，對(duì)聲漂移量的預(yù)測(cè)更為精準(zhǔn).

1.2.2 多線修正

單線模型認(rèn)為流場(chǎng)分層后，各層內(nèi)不同位置的流速是一致的，而實(shí)際流場(chǎng)中，不同高度、沿流向不同距離流速分布不完全相同.例如風(fēng)洞流場(chǎng)，距離噴口越遠(yuǎn)，剪切層厚度越厚，同時(shí)勢(shì)流核心區(qū)受到外部流場(chǎng)侵蝕，范圍越來(lái)越小.多線模型[8]根據(jù)流場(chǎng)各處實(shí)際流速分布，通過(guò)上述聲折射原理，推導(dǎo)聲傳播路徑.相較于單線模型，多線模型更符合實(shí)際非均勻流場(chǎng)中的聲傳播，得到的聲漂移量預(yù)測(cè)結(jié)果更為準(zhǔn)確.對(duì)于圓形噴口等非二維剪切層情況，必須使用多線模型修正.

2 風(fēng)洞流場(chǎng)分析

2.1 汽車風(fēng)洞流場(chǎng)3 種情況

2.1.1 數(shù)值風(fēng)洞流場(chǎng)（自由空間）

根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，車輛以一定速度在實(shí)際道路行駛，可以等效為以該速度的氣流吹向靜止的汽車，其周圍流場(chǎng)空間可近似看作僅受地面約束，其余方向無(wú)限延伸.為了模擬該流場(chǎng)條件，在數(shù)值模擬中通常采用自由空間流場(chǎng)模型，將車輛數(shù)模放置在足夠大的計(jì)算域中，地面和車體表面設(shè)置為壁面，入口設(shè)置為均勻來(lái)流，出口設(shè)置為壓力出口，其余流場(chǎng)邊界設(shè)置為對(duì)稱面.通過(guò)上述設(shè)置可以準(zhǔn)確地模擬車輛與周圍流場(chǎng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況.

2.1.2 空風(fēng)洞流場(chǎng)

汽車風(fēng)洞作為模擬車輛實(shí)際道路行駛的試驗(yàn)設(shè)施，其流場(chǎng)固有特性十分重要，實(shí)際3/4 開口式風(fēng)洞試驗(yàn)段的流場(chǎng)主要包括三部分：從噴口延伸出的勢(shì)流核心區(qū)即測(cè)試區(qū)域、遠(yuǎn)離流動(dòng)的遠(yuǎn)場(chǎng)靜止區(qū)以及兩者之間的剪切層區(qū)域.除了地面效應(yīng)之外，風(fēng)洞射流還受到收集口、試驗(yàn)段洞壁等影響，是一種典型的有限體積射流.

2.1.3 實(shí)際流場(chǎng)（帶汽車的風(fēng)洞）

在汽車風(fēng)洞測(cè)試中，試驗(yàn)段放置了實(shí)際車輛，車輛繞流場(chǎng)與風(fēng)洞流場(chǎng)相互影響，其流場(chǎng)特性與前兩者均有不同，需根據(jù)風(fēng)洞和被測(cè)汽車之間的幾何關(guān)系具體分析.

2.2 流場(chǎng)仿真與驗(yàn)證

為了分析空風(fēng)洞流場(chǎng)、車輛在自由空間流場(chǎng)、汽車風(fēng)洞實(shí)際流場(chǎng)之間的差別，分別建立3 種流場(chǎng)的數(shù)值仿真模型，以下主要以汽車風(fēng)洞實(shí)際流場(chǎng)模型為例進(jìn)行介紹.

汽車風(fēng)洞實(shí)際流場(chǎng)幾何建模立足于氣動(dòng)聲學(xué)風(fēng)洞實(shí)際結(jié)構(gòu)和尺寸，由收縮段、試驗(yàn)段、收集口、擴(kuò)散段等組成，并在試驗(yàn)段實(shí)際測(cè)試位置加入車輛數(shù)模.以噴口平面、風(fēng)洞中心對(duì)稱面、地面三者交點(diǎn)作為x、y、z 方向的原點(diǎn)，建立模型，如圖3 所示.

圖3 汽車風(fēng)洞實(shí)際流場(chǎng)幾何模型Fig.3 Geometric model of actual flow field in vehicle wind tunnel

網(wǎng)格方面，先使用hypermesh 劃分面網(wǎng)格，再用面網(wǎng)格生成體網(wǎng)格.面網(wǎng)格及體網(wǎng)格分別采用三角形網(wǎng)格和四面體網(wǎng)格.網(wǎng)格劃分過(guò)程中，優(yōu)先保證汽車?yán)@流場(chǎng)、剪切層等影響聲傳播位置的網(wǎng)格密度.風(fēng)洞網(wǎng)格最大尺寸為200 mm，車身附近等關(guān)鍵位置最大尺寸25 mm.在噴口內(nèi)邊沿、地面和汽車表面設(shè)置邊界層網(wǎng)格，前兩者和汽車表面第一層邊界層網(wǎng)格厚度分別為1.6 mm 和0.8 mm，增長(zhǎng)率為1.1，共8 層邊界層網(wǎng)格.

數(shù)值仿真使用Fluent 軟件進(jìn)行.具體參數(shù)設(shè)置為：入口類型選擇為速度入口，數(shù)值根據(jù)收縮比確定，設(shè)為4.876 m/s，以獲得噴口處30 m/s 的速度，與實(shí)際風(fēng)洞測(cè)試一致，同時(shí)湍流強(qiáng)度設(shè)置為1%，湍動(dòng)黏性比設(shè)置為10，也與實(shí)際風(fēng)洞保持一致；出口類型設(shè)為out-flow；壓力平衡口設(shè)為inlet-vent；其他全部設(shè)置為壁面wall.湍流模型選擇k-epsilon，壁面函數(shù)選擇非平衡壁面函數(shù)，求解器選擇SIMPLEC 求解器.

在另外兩種流場(chǎng)的數(shù)值模擬中，風(fēng)洞流場(chǎng)幾何模型不包括車輛數(shù)模，帶車輛的自由空間流場(chǎng)幾何模型計(jì)算區(qū)域尺寸分別為汽車長(zhǎng)寬高的10 倍、5 倍、5 倍.兩者的其他設(shè)置，如在網(wǎng)格劃分方法及湍流模型、數(shù)值格式等，與汽車風(fēng)洞實(shí)際流場(chǎng)模型保持一致.空風(fēng)洞流場(chǎng)、車輛在自由空間流場(chǎng)和帶汽車的風(fēng)洞流場(chǎng)的總網(wǎng)格數(shù)分別為3 800 萬(wàn)、6 800 萬(wàn)和6 500萬(wàn).由于本文主要關(guān)注宏觀速度場(chǎng)對(duì)聲傳播的影響，局部流場(chǎng)的細(xì)微誤差可忽略，上述量級(jí)的網(wǎng)格獲得的仿真結(jié)果精度完全能滿足后續(xù)分析的要求.

在完成數(shù)值仿真后，首先對(duì)仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證.將空風(fēng)洞剪切層位置風(fēng)速仿真結(jié)果與熱線風(fēng)速儀測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如圖4 所示.試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果在整個(gè)剪切層區(qū)域吻合程度都很高，可以認(rèn)為仿真結(jié)果與實(shí)際流場(chǎng)較為一致.

圖4 仿真與試驗(yàn)得到剪切層時(shí)均速度對(duì)比Fig.4 Comparison of time averaged velocity of shear layer obtained by simulation and experiment

2.3 速度場(chǎng)特性比較

由于聲傳播方向改變是由波對(duì)流產(chǎn)生，主要受流體速度影響，以下僅分析速度場(chǎng).此外，風(fēng)洞試驗(yàn)段中的流動(dòng)以x 向流動(dòng)為主，高度方向的速度分量引起的聲折射是z 向的，y 向速度分量對(duì)聲漂移量影響很小，在此不分析y、z 向速度分量，下文中流速均指沿x 向分量.

2.3.1 流場(chǎng)整體分析

由于車輛后視鏡后側(cè)（x=3.9 m）到車輛C 柱位置（x=5.5 m）是車輛側(cè)面重要?dú)鈩?dòng)噪聲源的主要所在區(qū)域，同時(shí)避免地面反射對(duì)聲源測(cè)量的影響，重點(diǎn)分析高度z=1.1 m 平面，距離噴口3.9～5.5 m 的流場(chǎng)，該水平截面速度云圖如圖5 所示.

圖5 3 種流場(chǎng)下高度1.1 m 橫截面速度云圖Fig.5 Velocity contour of cross section with height of 1.1 m under three kinds of flow fields

由圖5 可見，在空風(fēng)洞和實(shí)際風(fēng)洞流場(chǎng)中，以噴口內(nèi)邊沿為起點(diǎn)，速度有明顯的梯度，此處即為剪切層.x=3.9 m 處3 種流場(chǎng)流速沿橫向分布如圖6 所示，可見流速在該區(qū)域基本呈線性遞減分布，為了方便后續(xù)分析，定義射流剪切層為速度分布在來(lái)流速度10%～90%的區(qū)域.即速度3 m/s 為剪切層外邊界，速度27 m/s 為剪切層內(nèi)邊界，即圖6 中豎直虛線分割位置.此外，剪切層內(nèi)邊界內(nèi)側(cè)為勢(shì)流核心區(qū)區(qū)域，剪切層外側(cè)外部為遠(yuǎn)場(chǎng)流動(dòng)區(qū).

圖6 3 種流場(chǎng)流速沿橫向分布Fig.6 Lateral distribution of velocity under three flow fields

關(guān)于自由空間和實(shí)際風(fēng)洞流場(chǎng)，可以看到勢(shì)流核心區(qū)的流場(chǎng)與自由空間流場(chǎng)流速分布幾乎一致，由內(nèi)向外直到風(fēng)洞射流剪切層內(nèi)邊界附近，兩者速度才出現(xiàn)明顯分化，說(shuō)明汽車風(fēng)洞能夠很好地模擬車輛實(shí)際道路行駛情況.由于兩種流場(chǎng)情況在汽車?yán)@流場(chǎng)附近基本相同，以下分析僅給出實(shí)際流場(chǎng)的勢(shì)流核心區(qū)結(jié)果.

2.3.2 勢(shì)流核心區(qū)

在勢(shì)流核心區(qū)，從汽車車身表面位置，速度為0經(jīng)過(guò)車身表面邊界層迅速增大，隨后經(jīng)過(guò)一段速度波動(dòng)區(qū)域.由于汽車車身對(duì)氣流的阻塞作用，氣流速度繼續(xù)上升并超過(guò)空風(fēng)洞下射流速度至最大值，之后緩慢下降.

在上述速度波動(dòng)區(qū)域，氣流速度變化較大，會(huì)對(duì)聲傳播路徑產(chǎn)生較大影響.這里取距車身對(duì)稱面y坐標(biāo)范圍-1.2～-0.7 m，距離噴口不同距離下流場(chǎng)的氣流速度分布，如圖7 所示.可以看到，在距離噴口1.95 m（車頭位置）處，氣流速度基本處于均勻狀態(tài)；在距離噴口2.95 m，接近前擋風(fēng)玻璃處，氣流受到車身阻塞效應(yīng)影響，流速有所增大；在距離噴口3.9 m處，即后視鏡后區(qū)域，車身表面附近氣流受到A 柱影響，速度波動(dòng)最大；距離噴口越遠(yuǎn)，此影響越小.在距離車身表面較遠(yuǎn)處，各處氣流速度趨于一致.

圖7 不同流向距離處流速沿橫向分布Fig.7 Lateral distribution of velocity at different flow distance

2.3.3 剪切層區(qū)域

為分析車輛放入后對(duì)風(fēng)洞原始流場(chǎng)的影響，根據(jù)上述定義的剪切層邊界位置，比較空風(fēng)洞和實(shí)際流場(chǎng)兩者的差別，如圖8 所示.可見空風(fēng)洞剪切層邊界位置與離噴口距離呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系.放入車輛后，對(duì)前方的流場(chǎng)影響較小，兩者剪切層邊界較為接近.隨后氣流受到車輛影響，實(shí)際流場(chǎng)下剪切層邊界明顯向外偏移，且偏移量沿流向向外先增大后減小.實(shí)際車輛的存在對(duì)風(fēng)洞剪切層內(nèi)邊界影響更大，使剪切層內(nèi)邊界向外偏移最大達(dá)0.15 m，對(duì)剪切層外邊界影響較小，使剪切層外邊界向外偏移不超過(guò)0.07 m.由于車身較為復(fù)雜，車身各部位對(duì)氣流的影響程度不同，所以剪切層邊界位置產(chǎn)生不規(guī)則波動(dòng)，呈線性下降.

圖8 風(fēng)洞中有無(wú)車輛剪切層位置對(duì)比Fig.8 Comparison of shear layer position with or without vehicle in wind tunnel

3 聲漂移量試驗(yàn)與預(yù)測(cè)分析

3.1 聲傳播試驗(yàn)

試驗(yàn)在同濟(jì)大學(xué)-上海地面交通工具風(fēng)洞中心整車氣動(dòng)聲學(xué)風(fēng)洞中完成.該風(fēng)洞為3/4 開口回流風(fēng)洞，試驗(yàn)段背景噪聲在160 km/h 風(fēng)速下低于61 dB（A）.

為了得到汽車風(fēng)洞實(shí)際流場(chǎng)對(duì)聲傳播的影響，將仿真同款車型置于試驗(yàn)段內(nèi)，在汽車表面距離噴口分別為3.9 m 和5.5 m 的位置上安裝流線型揚(yáng)聲器，高度距離地面1.1 m，與數(shù)值仿真設(shè)置相一致，如圖9（a）所示.

為了得到空風(fēng)洞流場(chǎng)對(duì)聲傳播的影響，試驗(yàn)使用一個(gè)具有良好的氣動(dòng)外形的翼型聲源，經(jīng)數(shù)值仿真驗(yàn)證，對(duì)整個(gè)流場(chǎng)擾動(dòng)可忽略.聲源位置分別為距離噴口3.9 m 和5.5 m，距離風(fēng)洞中心對(duì)稱面0.62 m，聲源高度1.1 m，與汽車表面聲源基本保持一致，如圖9（b）所示.

圖9 噪聲源定位測(cè)試中聲源和安裝效果Fig.9 Sound source and installation effect in noise source location test

試驗(yàn)采用相位傳聲器陣列聲源識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，具體參數(shù)如下：陣列尺寸為1.8 m×1.8 m，通道數(shù)120；傳感器采用陣列專用1/4 英寸壓力型傳聲器；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為120 通道高精度數(shù)采，單通道最大采樣頻率為192 kHz；分析系統(tǒng)為基于波束成型技術(shù)的聲源識(shí)別軟件Noise Image.聲源識(shí)別陣列被放置在距離射流中心線5.57 m 處.

3.2 預(yù)測(cè)方法與設(shè)置

本文給出不同方法和流場(chǎng)條件對(duì)聲漂移量預(yù)測(cè)值的影響，包括帶擴(kuò)散角修正的Amiet 無(wú)限薄剪切層法和多種流場(chǎng)條件下的分層法計(jì)算聲漂移量.計(jì)算過(guò)程中的聲源與測(cè)點(diǎn)位置參數(shù)與實(shí)際測(cè)量保持完全一致.

在帶擴(kuò)散角Amiet 無(wú)限薄剪切層方法中，將剪切層起點(diǎn)位置設(shè)為噴口壁面處，即y=-3.27 m，擴(kuò)散角為2°，取剪切層內(nèi)側(cè)速度為設(shè)置的試驗(yàn)風(fēng)速30 m/s，剪切層外側(cè)速度為0 m/s.

空風(fēng)洞分層法和實(shí)際流場(chǎng)分層法分別取空風(fēng)洞流場(chǎng)和實(shí)際流場(chǎng)仿真結(jié)果，將聲源到傳聲器位置流場(chǎng)平均分為1 000 層，每層流場(chǎng)厚度約為5 mm，每層流場(chǎng)內(nèi)部視為勻速.

為了分析實(shí)際流場(chǎng)中汽車?yán)@流場(chǎng)作用和剪切層變化對(duì)聲漂移的影響，還增加如下兩種假設(shè)流場(chǎng)條件：1）僅考慮汽車?yán)@流場(chǎng)影響的流場(chǎng)，設(shè)置為將空風(fēng)洞情況下的剪切層內(nèi)邊界內(nèi)的流場(chǎng)速度替換為實(shí)際風(fēng)洞剪切層內(nèi)的流場(chǎng)速度.2）僅考慮剪切層外擴(kuò)影響的流場(chǎng)，設(shè)置為將實(shí)際流場(chǎng)情況下剪切層內(nèi)邊界內(nèi)的流場(chǎng)替換速度為30 m/s 的均勻流場(chǎng).

3.3 結(jié)果分析

首先給出帶擴(kuò)散角的Amiet 方法的預(yù)測(cè)結(jié)果與兩種流場(chǎng)狀態(tài)測(cè)量結(jié)果的比較，如表1 所示.翼型聲源測(cè)量可代表空風(fēng)洞狀態(tài)，車表聲源測(cè)量代表實(shí)際流場(chǎng)狀態(tài).

表1 Amiet 方法與實(shí)測(cè)比較Tab.1 Comparison between Amiet method and measurement

空風(fēng)洞實(shí)測(cè)結(jié)果前后聲源漂移量差別較小，前后漂移量的差別主要是由擴(kuò)散角引起的.使用帶擴(kuò)散角修正后Amiet 方法對(duì)于空風(fēng)洞聲源漂移量的預(yù)測(cè)可以達(dá)到較高精度，前后聲源誤差率僅分別為1.3%和-0.4%.實(shí)際流場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果聲源漂移量前后聲源差異較大，后部聲源漂移試驗(yàn)值較翼型整流罩后聲源漂移量有較大增幅.在此情況下，Amiet 修正在前聲源處精度仍較好，預(yù)測(cè)值和試驗(yàn)值均為0.238 m，誤差率0.1%是因預(yù)測(cè)值有效位數(shù)的顯示引起；而車身表面后聲源處漂移量實(shí)測(cè)為0.295 m，Amiet 預(yù)測(cè)誤差率較大，達(dá)到了-17.6%，說(shuō)明在后聲源處實(shí)際流場(chǎng)對(duì)聲傳播路線影響較空風(fēng)洞流場(chǎng)有較大區(qū)別，Amiet 方法已不能很好地預(yù)測(cè)聲漂移.

為定量分析不同流場(chǎng)條件對(duì)分層法聲漂移量預(yù)測(cè)的影響，給出空風(fēng)洞流場(chǎng)、僅考慮汽車?yán)@流、僅考慮剪切層外擴(kuò)、實(shí)際流場(chǎng)條件下，采用分層修正預(yù)測(cè)結(jié)果并與試驗(yàn)測(cè)量進(jìn)行比較，如圖10 所示.

圖10 不同方法和流場(chǎng)條件預(yù)測(cè)車身表面聲漂移量及誤差率Fig.10 Sound drift quantities and error rates of vehicle body predicted by different methods under different flow field conditions

對(duì)于車表前聲源漂移量的修正，各種預(yù)測(cè)方法得到的結(jié)果整體相近，誤差均小于3%.值得注意的是，僅考慮汽車?yán)@流場(chǎng)的誤差為-3.0%，是由后視鏡外側(cè)較大的逆向速度梯度產(chǎn)生的；僅考慮剪切層外擴(kuò)誤差為1.1%，兩者疊加會(huì)導(dǎo)致誤差正負(fù)抵消，由此Amiet 方法所得到結(jié)果誤差較小具有偶然因素.

對(duì)車表后聲源漂移量的修正，Amiet 修正精度欠佳，而使用空風(fēng)洞分層法精度則略有提高.考慮實(shí)際流場(chǎng)，計(jì)入汽車?yán)@流場(chǎng)和剪切層外擴(kuò)的影響后，預(yù)測(cè)精度都有明顯提高，而綜合考慮兩者影響后，預(yù)測(cè)精度更是大幅提高，誤差僅為Amiet 修正的1/3.可見汽車后方繞流場(chǎng)和剪切層外擴(kuò)疊加影響對(duì)聲漂移量影響更為顯著.

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)3 種流場(chǎng)的分析和各流場(chǎng)條件下采用兩種方法對(duì)聲漂移量的預(yù)測(cè)和試驗(yàn)驗(yàn)證，得到以下結(jié)論：

1）實(shí)際風(fēng)洞流場(chǎng)在勢(shì)流核心區(qū)融合了汽車?yán)@流場(chǎng)，車體表面附近速度場(chǎng)有與剪切層相反的速度梯度，該速度梯度在A 柱附近的分離-再附著區(qū)域最為明顯，沿流向逐漸減弱.因此繞流區(qū)車身前后聲傳播規(guī)律有所不同，聲漂移增量在車側(cè)方從前至后有由負(fù)到正的上升趨勢(shì).

2）由于車輛對(duì)流場(chǎng)的阻塞作用，實(shí)際流場(chǎng)剪切層較空風(fēng)洞流場(chǎng)有明顯外擴(kuò)，尤其剪切層內(nèi)邊界外擴(kuò)更為顯著，使實(shí)際聲源至剪切層的距離增加，聲漂移量隨之變大.

3）帶擴(kuò)散角Amiet 方法未計(jì)入實(shí)際流場(chǎng)影響，對(duì)車表后聲源漂移量預(yù)測(cè)誤差較大.采用分層模型并考慮上述流場(chǎng)影響因素后，預(yù)測(cè)精度改善明顯，可在風(fēng)洞測(cè)試中對(duì)現(xiàn)有修正方法進(jìn)行改進(jìn).