发动机噪声分析附.doc

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1、燃油发动机噪声分析摘要：通过对燃油发动机的结构噪声产生原理、隔声机理及其气动噪声发生和处理三方面的分析，掌握普通燃汕发动机运行过程屮的噪声发生机理，理清发动机备物理量对其噪声产生的影响，为其隔声降噪处理寻找理论依据。前言：众所周知，燃油发动机在推动当今世界工业发展中扮演了不可或缺的角色，发动机是一项高技术含量的技术产品。依靠燃油燃烧爆炸产生动力，推动曲柄滑块机构的滑动活塞，进而将其宜线运动转换为曲轴的冋转运动，为负载机械提供动力。但是，技术中总会有新的难题出现，发动机的噪声就是其屮一项日趋重要的技术问题。图1发动机结构简图一、发动机的结构噪声燃油发动机在运转过

2、稈屮，由于【III柄滑块机构一定会从原理上产生交变的载荷，从而使发动机部件（如曲轴组件、曲轴箱组件等）产生振动，最终由各连接部件将振动传递到发动机表面成为噪声辐射到空气屮；此外，还有燃烧室的爆炸也使得结构产生振动。实际的发动机由于结构振动产生的噪声是相当复杂的。但是，力变不离其宗，既然是结构振动产生的噪声，就从结构振动入手，分析振动是怎么转化为噪声的？下血就这个问题做出分析。由于结构千变万化，很难对特定结构做出准确的分析，但是复杂的结构祁可以看成是由杆、梁、板、体等基木元素纽•成的，所以为了分析简洁清晰，就以板结构作为分析对彖，进行讨论。平板的振动也有多种(横

3、向剪切、纵向伸长)，这里讨论嚴普遍的平板的弯曲振动。1.无限平板振动弯曲波声辐射效率依据L.CREMER和M.HECKL在《Structure-borneSound》中的理论,假设存在一无限大的均匀平板,那么该平板在弯曲振动时就存在连续频率的模态。其在弯曲振动波见图2。图2无限平板的弯曲振动波由结构振动产生的辐射声音和其振动之间必然存在密切的耦合关系，不同的振动辐射不同的声音，所以定义声辐射效率＜7=—^,式中P为辐射到空气屮的总的声功率，。为pcSv空气密度，c为空气屮声音传播速度，S为振动体的振动表面积，V为振动体表血振动速度的均方根，即有效值。此辐射效率

4、表示辐射出的声音功率占结构总的振动功率的比率。平板速度描述为卩(X)=卩涉一"以。平板辐射声压p(x，W=，其屮波数心=字，弘为弯

5、

6、]

7、波的波长。由于在平板表面，即y=0处，表面振动速度和表面空气振动速度相同，则有+=0,将&带入计算得p0(-k~-)£-畑"林+pok2e-jk^e~jk>y=0o由于P.e~jksXe-j^y0,进而得k；=k2-k},R为空气屮声波的波长。七卄-1(6p、存在卩=莎乔P0kyv^copvopck(Dp最后pgy)=〒'/=”叫7聘耳,为了说明这个公式的物理意义，从图2屮加入角度&(声音辐射出的角度)，这里可能岀现两种情况

8、：一、仏＞儿即平板的振动弯曲波长大于被辐射出的声波的波长，而且这时满足2/几=灯/R=sin0。代入上一个公式得/?(x,y)=込fF%枕c歸.根据声辐射效率COS&

9、上二分Z—平板波长处（y=丄心）上，辐射效率衰减为y=0处-J处-0・49脇二的e綿=0.106（lOdB）,也就是说在邻近平板表瓯处（近场区域），其辐射效率衰减很快，在远场几乎没有声辐射了。同时，由声压/7（x,y）=-JhpC=e~^xe-^y,可得其速度为v（x,y）=,J财/疋-1pc此速度在x,y方向上分布（分别对x,y求偏导）得:vv=vQe-jkf{Xe-^y,可见其速度在平板表血附近呈椭圆形衰减分布，见图4。图4速度在近场成椭圆分布衰减90°30°Q15°10°U图5平板辐射效率%1.4=，从以上两公式可以看出，辐射效率b为无穷大，见上图5。也

10、就是，对于=2必然存在一个频率，使得当结构振动频率达到此频率时，将辐射岀最大效率的声音，称为危险频率。心=2兀/—6=久=£，进而得^.=^=c2J~Va）2mf6VBIFh3这里B'=―为平板弯曲刚度，其屮,/?为平板厚度，E为材料的弹性模I-"12量，“为泊松比；肌=ph为平板单位面积质量，。为平板材料密度；c为空气屮声音速。将公式Ab=2ttJ-^=A=-代入（此处e=2妙），得：Vcornj3=C2^,这就是前而说的危险频率，记为0.=3=C?J冒。以上是理想化的无限大平板模型的结构声辐射讨论，但实际屮结构不可能是无限大（其模态频率不可能连续），而口结

11、构往往承受不同的约束和载荷，这都将会对