一种高速列车气动降噪系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种高速列车气动降噪系统及方法，该系统包括信号采集器、控制器和两个空气枪发生装置；信号采集器与控制器连接，所述控制器还与两个空气枪发生装置连接；每个空气枪发生装置包括空气流发射器、总空气流导管、第一增压设备和第二增压设备，每个增压设备均通过总空气流导管与空气流发射器的进气口连接；第一增压设备和第二增压设备均与控制器连接。本发明专利技术基于空气射流对边界层的干扰能力，结合高速列车行进过程中的气动特性，在不改变列车外形及材料的前提下，通过主动降噪系统，改善列车气动特性，提高了列车的舒适度与安全节能性。

【技术实现步骤摘要】
一种高速列车气动降噪系统及方法
本专利技术属于轨道交通
，具体涉及一种高速列车气动降噪系统及方法。
技术介绍
近10年来，在我国高铁事业突飞猛进的发展的同时，高速列车噪声问题越来越严重。根据相关研究，当列车速度小于315km/h时，城轨噪声是主要的噪声来源，成噪声与列车速度的2.6次方成正比；当列车速度大于315km/h时气动噪声起着绝对的主导作用，气动噪声与列车速度的7次方成正比，故此，噪声已经成为制约列车提速的一个不容忽视的问题。现有的降噪途径主要是通过优化车体的流线涉及以及车门、车窗车厢之间的平滑处理，同时在侧壁上加入隔音材料来优化车厢内乘车环境。然而，现有的降噪方法效果有限，事实上在高速列车行进过程中，噪声与车尾处层流分离形成湍流有着密不可分的关系。因此目前急需一种在不改变车的外形的情况下，有效降低列车在高速运行过程中产生的噪声的方法。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的高速列车气动降噪系统及方法解决了现有高速列车气动降噪方法效果有限，没有考虑到噪声的产生与车头或车尾气流层分离关系的问题。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种高速列车气动降噪系统，包括信号采集器、控制器和两个空气枪发生装置；所述信号采集器和空气枪发生装置均与控制器连接；每个所述空气枪发生装置包括空气流发射器、总空气流导管、第一增压设备和第二增压设备，每个增压设备均通过总空气流导管与空气流发射器的进气口连接；所述第一增压设备和第二增压设备均与控制器连接。进一步地，所述信号采集器包括若干个噪声传感器和若干个拍式感压片，每个所述噪声传感器和拍式感压片均与控制器连接；所述噪声传感器设置于每节列车车厢内部，用于采集列车行驶过程中车厢内部由于气流产生的噪声并上传至控制器；所述拍式感压片设置于每节列车车厢顶部外侧表面，用于采集列车行驶过程中车厢外部的气流压力分布情况并上传至控制器；所述控制器设置于列车控制室内，根据噪声传感器采集的噪声信号和拍式感压片采集的气流压力信号控制空气枪发生装置的动作；两个所述空气枪发生装置分别设置于列车车头顶部外侧表面和车尾顶部外侧表面，根据控制器的控制信号发射出高速空气流，实现气动降噪。进一步地，所述第一增压设备和第二增压设备结构相同，均包括气缸、抽风机、电机、空气流导管、单向阀、电磁阀、压力传感器和两个距离传感器；所述气缸的进气口与抽风机的出气口连接，所述气缸的出气口通过空气流导管与总空气流导管连接；所述单向阀设置于气缸的进气口上；所述电磁阀设置于空气流导管上；两个距离传感器分别设置于气缸的活塞杆的顶部表面和底部表面，所述活塞杆顶部与电机连接所述压力传感器设置于气缸内部；所述抽风机、电磁阀、两个距离传感器和压力传感器均与控制器连接，所述电机通过驱动电路与控制器连接。进一步地，所述空气流发射器包括若干个平行等间距排列的空气流发射筒；每个所述空气流发射筒的进气口均与总空气流导管连接；所述空气流发射器的进气口一端底部通过方向调整组件固定在列车车头顶部外侧表面或车尾顶部外侧表面；所述方向调整组件包括角度传感器、机械式转向器和转向驱动电机，所述角度传感器设置于机械式转向器上，所述机械式转向器的方向调整端与空气流发射器连接，所述机械式转向器通过转向驱动电机与控制器连接。进一步地，所述控制器为STC12C5A60S2系列单片机；所述噪声传感器为TZ-2KA型噪声传感器；所述电机和转向驱动电机均为maxonDCX电机；所述驱动电路中的主控芯片型号为L298N；所述压力传感器的型号具体为FCC-200N；所述距离传感器的型号具体为LP-50F；所述角度传感器的型号具体为HAPS21。一种高速列车气动降噪方法，包括以下步骤：S1、在列车行驶过程中，判断列车行驶速度是否达到开启降噪系统的速度阈值；若是，则进入步骤S2；否则，进入步骤S4；S2、开启降噪系统，通过信号采集器采集车厢内的噪声信号和车厢外的气流压力信号，并发送至控制器，进入步骤S3；S3、通过控制器分析接收到的控制信号，判断是否发生气流边界层分离情况；若是，启动降噪系统并进入步骤S5；否则，进入步骤S4；S4、继续正常行驶，并返回步骤S1；S5、通过控制器控制空气枪发生装置发射高速空气流对噪声气流进行干扰，实现气动降噪。进一步地，所述步骤S5中控制器控制空气枪发生装置发射高速空气流包括控制高速空气流的产生与发射和控制高速空气流的发射方向。进一步地，控制高速空气流的产生与发射的方法具体为：A1、通过控制器控制第一增压设备中的抽风机工作，使空气进入气缸；A2、当气缸内的空气充满时，控制器控制电机驱动气缸的活塞杆作空气压缩动作，同时通过控制器打开第一增压设备中的电磁阀，使空气流沿空气流导管进入总空气流导管，进而产生高速空气流，并通过空气流发射器发射出去；A3、在第一增压设备发射高速空气流的同时，通过控制器控制第二增压设备的抽风机工作对气缸进行充气；当第一增压设备中的气缸的活塞杆作空气压缩动作接触到气缸底部时，关闭第一增压设备中的电磁阀，通过电机驱动第一增压设备中的气缸的活塞杆向上活动；同时控制第二增压设备产生并发射高速空气流；A4、重复步骤A1-A3，通过控制器控制第一增压设备和第二增压设备反复交替工作，实现产生与发射高速空气流的控制。进一步地，控制高速空气流的发射方向的方法具体为：B1、通过控制器分析噪声传感器和拍式感压片上传的信号，分析列车外部气流边界层分离情况；B2、根据分析出的气流边界层分离情况，通过控制器控制转向驱动电机使机械式转向器发生转动，直到角度传感器上传的信号到达控制器设定的目标角度方向时，控制机械式转向器停止方向转动，实现高速空气流发射方向的控制。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的高速列车气动降噪系统及方法，基于空气射流对边界层的干扰能力，结合高速列车行进过程中的气动特性，在不改变列车外形及材料的前提下，通过主动降噪系统，改善列车气动特性，提高了列车的舒适度与安全节能性。附图说明图1为本专利技术中高速列车气动降噪系统结构图；图2为本专利技术中信号放大电路原理图；图3为本专利技术中第一增压设备和第二增压设备结构图；图4为本专利技术中空气流发射器结构图；图5为本专利技术中高速列车气动降噪方法流程图；图6为本专利技术中实现气动降噪时空气流的流向示意图；其中：1、信号采集器；2、空气枪发生装置；3、控制器；4、空气流发射器；5、总空气流导管；6、抽风机；7、电机；8、气缸；9、活塞杆；10、距离传感器；11、压力传感器；12、空气流导管；13、电磁阀；14、空气流发射筒；15、单向阀。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。如图1所示，一种高速列车气动降噪系统，包括信号采集器1、控制器3和两个空气枪发生装置2；信号采集器1和空气枪发生装置2均与控制器3连接；每个空气枪发生装置2包括空气流发射器4、总空气流导管5、第一增压设备和第二增压设备，每个增压设备均通过总空气流导管5与空气流发射器4的进气口连接；第一增本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速列车气动降噪系统，其特征在于，包括信号采集器(1)、控制器(3)和两个空气枪发生装置(2)；所述信号采集器(1)和空气枪发生装置(2)均与控制器(3)连接；每个所述空气枪发生装置(2)包括空气流发射器(4)、总空气流导管(5)、第一增压设备和第二增压设备，每个增压设备均通过总空气流导管(5)与空气流发射器(4)的进气口连接；所述第一增压设备和第二增压设备均与控制器(3)连接。

【技术特征摘要】
1.一种高速列车气动降噪系统，其特征在于，包括信号采集器(1)、控制器(3)和两个空气枪发生装置(2)；所述信号采集器(1)和空气枪发生装置(2)均与控制器(3)连接；每个所述空气枪发生装置(2)包括空气流发射器(4)、总空气流导管(5)、第一增压设备和第二增压设备，每个增压设备均通过总空气流导管(5)与空气流发射器(4)的进气口连接；所述第一增压设备和第二增压设备均与控制器(3)连接。2.根据权利要求1所述的高速列车气动降噪系统，其特征在于，所述信号采集器(1)包括若干个噪声传感器和若干个拍式感压片，每个所述噪声传感器和拍式感压片均与控制器(3)连接；所述噪声传感器设置于每节列车车厢内部，用于采集列车行驶过程中车厢内部由于气流产生的噪声并上传至控制器(3)；所述拍式感压片设置于每节列车车厢顶部外侧表面，用于采集列车行驶过程中车厢外部的气流压力分布情况并上传至控制器(3)；所述控制器(3)设置于列车控制室内，根据噪声传感器采集的噪声信号和拍式感压片采集的气流压力信号控制空气枪发生装置(2)的动作；两个所述空气枪发生装置(2)分别设置于列车车头顶部外侧表面和车尾顶部外侧表面，根据控制器(3)的控制信号发射出高速空气流，实现气动降噪。3.根据权利要求2所述的高速列车气动降噪系统，其特征在于，所述第一增压设备和第二增压设备结构相同，均包括气缸(8)、抽风机(6)、电机(7)、空气流导管(12)、单向阀(15)、电磁阀(13)、压力传感器(11)和两个距离传感器(10)；所述气缸(8)的进气口与抽风机(6)的出气口连接，所述气缸(8)的出气口通过空气流导管(12)与总空气流导管(5)连接；所述单向阀(15)设置于气缸(8)的进气口上；所述电磁阀(13)设置于空气流导管(12)上；两个距离传感器(10)分别设置于气缸(8)的活塞杆(9)的顶部表面和底部表面，所述活塞杆(9)顶部与电机(7)连接；所述压力传感器(11)设置于气缸(8)内部；所述抽风机(6)、电磁阀(13)、两个距离传感器(10)和压力传感器(11)均与控制器(3)连接，所述电机(7)通过驱动电路与控制器(3)连接。4.根据权利要求3所述的高速列车气动降噪系统，其特征在于，所述空气流发射器(4)包括若干个平行等间距排列的空气流发射筒(14)；每个所述空气流发射筒(14)的进气口均与总空气流导管(5)连接；所述空气流发射器(4)的进气口一端底部通过方向调整组件固定在列车车头顶部外侧表面或车尾顶部外侧表面；所述方向调整组件包括角度传感器、机械式转向器和转向驱动电机，所述角度传感器设置于机械式转向器上，所述机械式转向器的方向调整端与空气流发射器(4)连接，所述机械式转向...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴广宁，佘鹏鹏，高国强，魏文赋，杨泽锋，许之磊，何帅，王帅，廖前华，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51