External infrasonic fields of ground vehicles

Full Text

Одним из основных источников инфразвуковых полей на селитебных территориях являются наземные транспортные средства. В настоящее время существенный вклад в инфразвуковое загрязнение вносит автомобиль, что объясняется ростом автомобильного парка в РФ. Однако в современных публикациях недостаточно данных об исследованиях инфразвуковых полей автомобиля в реальных и стендовых условиях, теоретических моделей возникновения инфразвука, а также результатов по прогнозированию уровней инфразвукового давления на основе расчетных моделей. В связи с этим целесообразным является дальнейшее исследование проблемы внешних инфразвуковых полей наземных транспортных средств. Авторы имеют определенные наработки в этой области, которые позволяют найти современный подход к определению, расчету и моделированию расчета ожидаемого уровня инфразвука. [1-3] На первом этапе были проведены измерения внешнего инфразвука гибридного автомобиля Lexus RX400H на колесном мощностном стенде LPS 3000 для легковых автомобилей, предназначенного для измерений линейной скорости, тягового усилия и мощности двигателя автомобиля. Были использованы только возможности стенда по имитации городского цикла езды автомобиля. Измерения уровня инфразвуковых полей проводились на следующих режимах - холостой ход, 20 км/ч, 60 км/ч, 80 км/ч на расстоянии 1 м от боковой поверхности салона. Результаты исследования представлены на рисунке 1. Анализ показывает, что при стендовых испытаниях в диапазоне частот 11-12 Гц инфразвук не превышает 65 дБ, а в реальных условиях (транспортный поток) возрастает до 70 дБ. Рисунок 1. Измерение инфразвука в стендовых условиях На втором этапе был проведен анализ результатов измерения внешнего инфразвука легкового автомобиля в реальных условиях. На рисунке 2 приведены средние спектры внешнего шума в области частот 2-20 Гц автомобиля при скорости движения 100-120 км/ч. Ширина полосы анализа F = 1 Гц Максимальный уровень инфразвука имеет место на частоте 2 Гц и равен 94-97 дБ в зависимости от скорости движения. С повышением частоты он падает от частоты 6 Гц примерно 7 дБ на октаву, а при дальнейшем повышении остается практически без изменения, на частотах 10-12 Гц уровень инфразвука равен ~85 дБ. Рисунок 2. Спектры внешнего шума автомобиля: 1- скорость движения 100км/ч; 2 – скорость движения 120км/ч На третьем этапе были сопоставлены спектры внешнего и внутреннего инфразвука в легковом автомобиле (рисунок 3). Разница в частотном диапазоне от 11 до 13 Гц между уровнем внутреннего и внешнего инфразвука составляет примерно 30 дБ (30 раз). Это свидетельствует о том, что механизм возникновения внутреннего и внешнего инфразвука в автомобиле различный. Механизм возникновения внешнего инфразвука автомобиля в области частот 1,7-28 Гц можно объяснить пульсациями продольной компоненты скорости набегающего потока воздуха. Частота максимума пульсаций может в зависимости от точки измерения находиться в диапазоне частот от 1,7Гц до 18 Гц. На четвертом этапе была предложена модель для расчета внешнего инфразвука автомобиля, где автомобиль представлен в виде стержня в набегающем потоке воздуха, длина и диаметр стержня соответственно равны длине и высоте салона автомобиля. При расчете лобовое сопротивление и скорость движения стержня соответствуют экспериментальным значениям для легкового автомобиля. Рисунок 3. Спектр внешнего и внутреннего инфразвука в легковом автомобиле Частота периодического срыва вихря определяется соотношением: f=Sh×V/D (1) где: f – частота срыва вихрей; V – скорость движения автомобиля; D – высота салона автомобиля; Sh – число Струхаля. Величина инфразвукового давления (P) может быть посчитана по формуле: (2) где: Cx – коэффициент лобового сопротивления автомобиля, l – длина автомобиля, с – скорость звука, r - плотность воздуха, V – скорость движения автомобиля. Предложенная модель позволит на этапе проектирования спрогнозировать ожидаемый уровень внешнего инфразвука любого транспортного средства в зависимости от его геометрических размеров, скорости движения и коэффициента лобового сопротивления Рисунок 4. Частота вихревого шума легкового автомобиля На рисунке 4 приведены результаты расчета частоты срыва вихрей при разных скоростях движения легкового автомобиля. Эти частоты в зависимости от скорости движения меняются от 2 до 5 Гц. Результаты расчета инфразвукового давления для легкового автомобиля на частоте срыва вихря показали, что в диапазоне скоростей от 60 до 120 км/ч его уровень меняется с 86 дБ до 95 дБ, что совпадает с экспериментальными измерениями внешнего инфразвука легкового автомобиля и транспортного потока (см. рис.1, 2, 3). Таким образом, полученные экспериментальные и расчетные данные позволяют сделать вывод, что механизм возникновения инфразвука автомобиля обусловлен набегающим потоком воздуха. Предложенный подход может быть использован для прогнозирования и определения внешнего инфразвука других транспортных средств в дозвуковом диапазоне частот (скоростные поезда, катера на подводных крыльях и др.).

About the authors

M. V. Grafkina

Moscow State University of mechanical Engineering (MAMI)

Email: ecomami@mail.ru
Dr. Eng., Prof.; +7-499-267-16-05

B. N. Nyunin

Moscow State University of mechanical Engineering (MAMI)

Email: ecomami@mail.ru
Dr. Eng., Prof.; +7-499-267-16-05

E. Y. Sviridova

Moscow State University of mechanical Engineering (MAMI)

Email: ecomami@mail.ru
Ph.D.; +7-499-267-16-05

V. I. Ralchenko

Moscow State University of mechanical Engineering (MAMI)

Email: ecomami@mail.ru
+7-499-267-16-05

References

Supplementary files