汽车空调鼓风机气动噪声传递特性分析及降噪优化

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新能源汽车的噪声特性与传统燃油汽车有所不同,由于失去了发动机噪声的覆盖作用,汽车空调鼓风机产生的气动噪声变得尤为突出,因此对汽车空调鼓风机进行气动噪声降噪优化变得格外重要。针对某汽车空调鼓风机气动噪声突出的问题,本文从试验与仿真结合的角度出发,分析其气动噪声的主要噪声源以及气动噪声向外传播的噪声传递特性,并通过研究汽车空调鼓风机的流场特性、声场特性及结构响应特性,从优化噪声源和噪声传递路径两个角度出发,对汽车空调鼓风机进行优化从而达到降噪的目的。通过试验研究方法对实测的噪声和振动信号进行相干性分析,确定汽车空调鼓风机气动噪声的主要来源;通过消声、隔振、隔声以及减振的试验方法确定气动噪声向外传播的传递路径。试验分析表明,叶轮旋转产生的43阶噪声为汽车空调鼓风机的主要气动噪声源;43阶次气动噪声的传递路径主要分为以下三部分:通过进出风口向外气动传播;叶轮旋转产生的气动力作用于叶轮通过轴系传递到电机,一部分经电机端盖直接向外传播,一部分经电机的隔振器传递到电机法兰盘,然后通过电机法兰盘和蜗壳之间的刚性螺栓传递,作用于壳体引起结构振动,向外辐射噪声;叶轮旋转产生的气动力作用在叶轮上方平面,引起该平面结构振动,向外辐射噪声。通过数值模拟的方法,分析汽车空调鼓风机的流场特性、声场特性以及结构响应特性,数值模拟结果与试验结果一致。数值分析结果表明:叶轮旋转是产生气动噪声的主要来源;叶轮轮毂及叶片顶部湍动能强度较大,蜗舌出现明显的回流现象,增大了整体的气动噪声;各测点声压级及43阶次噪声峰值误差均低于5dB;叶轮旋转产生的气动力作用于叶轮上方平面,引起平面产生结构振动,进而向外辐射噪声,通过蜗壳外表面传递到叶轮上方平面的激振力可忽略不计。根据汽车空调鼓风机结构并结合气动噪声分布特性,从优化噪声源和噪声传递路径的角度出发,对汽车空调鼓风机进行降噪研究。基于叶轮结构对气动噪声的影响机理分析,对产生气动噪声的主要噪声源叶轮进行叶轮轮毂型线、叶轮顶弧角度、叶轮叶片分布角度方面的优化。结果显示:在效率和流量变化不大的情况下,叶轮轮毂型线优化测点处声压级最大降低了4.2dB,43阶次噪声峰值最大降低了5.2dB;在效率和流量变化不大的情况下,叶轮顶弧角度优化测点处声压级最大降低了2.7dB,43阶次噪声峰值最大降低了3.2dB;叶轮叶片分布角度优化后原43阶阶次噪声峰值消失,其他频段峰值均低于原43阶次幅值,峰值最大值较43阶次噪声降低5.1dB。基于试验与仿真分析中鼓风机结构对气动噪声的影响,对振动位移变形量较大的叶轮上方平面和电机法兰盘进行优化,对叶轮上方平面进行加筋处理,对电机法兰盘进行安装点位置优化处理,通过优化,叶轮上方平面变形量最大值减小了23.98%,变形量均值变化不大,电机法兰盘的变形量最大值减小了28.38%,变形量均值减小了30%。本文通过试验及仿真研究,确定了气动噪声的主要噪声源以及气动噪声的主要传递路径,研究了叶轮结构以及鼓风机结构对气动噪声的影响,并对汽车空调鼓风机结构进行了优化,降低了气动噪声,这对于实际生产中新能源汽车空调鼓风机的降噪设计具有一定的指导意义。
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