汽车空气动力噪声

要尽可能地给进气系统留出较大空间，以便安装赫尔姆兹消音器，一般来讲赫尔姆兹消
音器不能安装在空气滤清器上。
谐振腔式消声器谐振频率计算公式(如下图)：
f= (C/2π )*(S/(L*V))1/2 L 其中：C-为空气中的音速 L-接管长度
v
S-接管平均断面积
V-谐振腔的容积 f-谐振频率 空滤
s
谐振腔
1、进气空气动力噪声（与发动机点火频率相同）
nz f 2k 60 * i
n:转速
z:发动机缸数
i: 发动机冲
程系数（四冲程为2） k:谐波次数（阶次数） f: 噪声频率
2、燃烧和撞击声：
频率1000以上（大约）
3、空气摩擦噪声：
频率800－1000Hz以上（大约）
2.进气噪声的控制
1、声源控制： （1）合理的设计和选用空气滤清器。空滤是发动机有效的进气消声器，空滤所占的 体积可作为膨胀性消声器的膨胀腔，滤清器的容积达到发动机容积的五倍以上，就能达 到良好的消音效果，一般来说，容积越大消音效果就越好。但受前仓空间的限制，空滤 不可能做的非常大，因此消音效果受到限制。空滤的滤芯是阻性消声器良好的吸声材料。 （2）合理设计进气管道和气缸盖进气通道，减少进气系统内压力脉动的强度和气门 通道处的涡流强度。 （3）导流管 ：进气管探入空滤器本体内，配合空滤本体内气道设计来消除噪声。 空气滤清器相当于一个扩张消音器，影响其传递损失的因素有两个：扩张比m和滤清器的
－
＋
流场：呈振荡状
声场：两级相反
一、流场中声源的分类
1、四极子声源：可以看做两个相位不同的双极子声源构成了四极子声源， 其距离近但相位相反（媒体没有质量热量注入，由气体的粘性作用产生的辐
射声波）。气流的三维分离的情况可看做双极子声源。在高排气速度下，排
气管声源为4极子声源，高速情况下四极子声源比例大。 2、四极子声源与流场的平均速度8次方成正比
噪声 。直接向大气辐射的空气动力噪声包括：进气噪声、
排气噪声、冷却风扇噪声。 （2）发动机进气噪声是由进气阀周期性开闭而产生的 压力波动所形成的。 （3）进气噪声主要包括：周期性压力脉动噪声、涡流
噪声、气缸的玄姆霍兹共振噪声和进气管的气柱共振噪声。
2、进气噪声产生机理
（4）进气阀门开启时，活塞由于上止点下行吸气，临近 活塞的气体分子以同样的速度运动，这样在进气管内产生一 个压力脉冲，随着活塞的继续运动，它受到阻尼；当进气门 关闭时，同样产生一个有一定持续时间的压力脉冲，于是产
气动噪声特征 （广带，三维分离具有音域广的特性）
（1）汽车表面的脉动压力：当汽车高速行驶，车身和周围的空气相对 作用，产生气流分离，涡流，涡流湍流相互作用，形成强大的脉动压力。 （2）汽车表面的脉动压力传递途径： 1）渗漏噪声：通过车身缝隙传播的噪声
2）穿透噪声：脉动压力作用与车身壁面诱发钣金、其他构件振动向
兹消音器一般是用来消除低频噪声，而四分之一波长管用来消除高频噪声。如果要用四
分之一波长管来消除低频噪声，那么波长管必须做得很长，但是太长的管道很难安装。 这两种消音器的目的都是消除窄频带的噪声，但是赫尔姆兹消音器的消音频带比四 分之一波长管要宽，所以赫尔姆兹消音器比四分之一波长管显得更重要。进气系统中， 低频噪声成分往往非常大，而控制低频要采用赫尔姆兹消音器。所以在汽车设计初期，
第一轮外后视镜
第二轮外后视镜

第二轮后视镜外形在靠近车体的一侧圆角更大，使得该处气体流动更为
顺畅，从而减小了后视镜表面的气动噪声； 计算第二轮后视镜表面最大宽频噪声；
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流动迹线
迹线 外后视镜
（1）从迹线分布情况来看，为减小气动噪声，气流流经后视镜的气体从车体 侧面经过，不要再吹向玻璃，再附着在玻璃上。 （2）迹线要求流线明显，反映较低的风阻系数
a U
b
气动噪声特征 （广带，三维分离具有音域广的特性）
流场中实际存在的声源为以上各种声源的集合体，大部分是双极子 和四极子声源的集合体。根据相关研究，总结：汽车气动噪声声源的分
类，产生气动噪声的原因大体上包括三种，即密封不良、二维分离流动
以及三维分离流动，见表
气动噪声特征 （广带，三维分离具有音域广的特性）
四分之一波长管
四分之一波长管是安装在主管道上的一个封闭的管子，如下面图所示。声 波从主管道进入旁支管后，声波被封闭端反射回到主管，某些频率的声波与主 管中同样频率的声波由于相位相反而相互抵消，从而达到消音目的。
四分之一波长管
这个旁支管的传递损失为：
2 1 2L TL 10 log1 0 1 m tan 4
（1）流场中实际存在的声源为以上各种声源的集合体，由于三维分离 流动在汽车车速范围内（60→350km/h），气流分离点、面位置基本固定在 某特定的小范围内，气动阻力系数变化量很小！广带域音的声源几乎不受 车速变化影响。
（2）改善广带域音的方法可以是减小高速行车时，气流或能量的吸出，
（车身局部形成较高负压力区，造成内流的吸出）减小车身缝隙，采用吸 音材料。
2、单极子声源与流场的平均速度4次方成正比。
＋
流场：呈放射状
声场：在球面上的均匀
一、流场中声源的分类
1、双极子声源：可以看做两个点源，其距离近但相位相反。（流场中有
障碍物，流体和物体产生不稳定的反作用力，双极子为力声源）。气流的准 二维分离的情况可看做双极子声源，如风吹电线，低速风过车身顶盖缝隙等。 2、双极子声源与流场的平均速度6次方成正比
噪声，多为车速在40→80km/h开始产生
C：音速 S：开口面积 V：驾驶室或车舱容积 H：开口口的长度
气动噪声特征 （狭带）
5、振动噪声
流动通过圆柱时在下流产生规则的涡，
v f Sr D S r：斯特劳哈尔数 v：气流流速 D：特征长度
有该涡产生的噪声称为振动噪声，处于 b/a=0.2806稳定状态下的涡称为卡门涡
U L
气动噪声特征（狭带）
3、亥姆霍兹共鸣
f
C 2
s v ( H 0 .8 D )
C：音速 S：断口面积 D：断口直径 V：断口容积 H：断口的长度
气动噪声特征 （狭带）
4、窗漏音
开口部如车顶天窗，侧窗附近涡流产生频率 和驾驶室空间噪声频率大致相等，产生最大窗漏
C f 2
s v( H 0.96 S )
计算结果-风阻系数
后视镜表面风阻
第一轮外后视镜
Cd=0.01238
第二轮外后视镜
Cd=0.01292
第二轮外后视镜表面的风阻略大于第一轮外后视镜，增加了约4.4%； 通常情况下，整车风阻在0.28～0.32之间，后视镜的增加量0.0006对于整车 风阻而言是个极小的量，可以忽略不计；
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计算结果-表面宽频噪声分布云图
式中L是四分之一波长管的长度，而m是主管截面积与波长管截面积的比值
2L 2n 1 （n=1,2,3…）时，传递损失达到最大,旁支管长为： 2
当
2n 1 L 4
四分之一波长管共振的频率为：
f0 (2n 1)c 4L
旁支管的频率只取决于管道的长度，管道越长，频率越低。从上式知道，影
当进气阀关闭时，也会引起发动机进气管道中空
气压力和速度的波动，这种波动由气门处以压缩波和 稀疏波的形式沿管道向远方传播，并在管道开口端和 关闭的气阀之间产生多次反射，产生波动噪声。 进气噪声与发动机的进气方式、进气门结构、缸 径、凸轮型线等设计因素有关，对同一台发动机来说， 受转速影响最大，
转速提高一倍，进气噪声可以提高10—15dB(A)
长度L。扩张比越大越好，有两种办法提高扩张比：一是减小管道的尺寸，二是增加滤清 器的截面积。减小管道尺寸会使得功率损失增加，而增加滤清器的截面积又受到安装空 间的限制。将进入管和输出管插入到滤清器中也可以提高滤清器的传递损失。
传递损失可以用以下公式来表达：
2 2L sin 2 1 TL 10 lg 1 0.25 m 2La 2Lb m cos( ) cos( )
空气滤清器一般由进气导流管、空气滤清器盖、空气滤清器外壳和滤芯
等组成。空气滤清器的功用主要是滤除空气中的杂质或灰尘，让洁净的空气 进入气缸。实践证明，发动机不安装空气滤清器，其寿命将缩短2/3。另外， 空气滤清器也有降低进气噪声的作用。
2、进气噪声产生机理
（1）进排气噪声均属于空气动力噪声，由于气体扰动 以及气体和其他物体相互作用而产生的噪声称为空气动力
的传递损失。 插入管大大地提高了插入损失，但是滤清器内有过滤网，这样插入长度往往受 到限制。另一方面，插入管会带来较大的功率损失，其损失值比减小管道直径带来 的损失还要大。所以是否采用这种插入管，要权衡传递损失和功率损失。
一般来说，减小空滤进气管的截面积有显著的降噪效果； 增加进气管长度能够降低 低速噪声，但同时中高速噪声会有较多的增大；减小空滤出气管的面积，对进气噪声的 降低效果不是很明显，反而影响到发动机的充气效率有较大波动； 引进消声措施：主要是增加赫尔姆兹消音器（谐振腔）和四分之一波长管。赫尔姆
L
d
Lb
D
假设只考虑进入管插入即 Lb 0 这时的传递损失简化为：
La
2 2L 2 sin 1 TL 10 lg 1 0.25 m 2La m ) cos( 某个频率处出现了一个峰值，当 La
时传递损失达到最大值，对应的频率为
c f 4 La

4
L
d
Lb
D
空中声波长约为 250mm
La
插入长度正好是波长的四分之一，也就是说进入管插入到滤清器中后，就相当