图4显示了柴油机表面具有代表性节点的辐射声压级频谱。从图中可以看出柴油机各部位表面声压级各频率下的分布情况。柴油机表面声压级最高的部位为油底壳。尤其是油底壳的后侧板和后底板,其表面声压级高达120dB 左右,其中后侧板声压级的峰值为450Hz和1250Hz两个频率; 后底板声压级的峰值出现在350Hz和1250Hz两个频率。油底壳前底板由于具有加强筋结构,因此其表面声压级比后底板小5dB左右。从图中还可以看出,相比之下油底壳左侧板大于右侧板的表面声压级。机体的前裙部在低频时表面声压级要大于后裙部,而在高频时表面声压级要小于后裙部。这是因为后裙部的刚度要大于前裙部,其主要共振频率比较高。缸盖的声辐射能量主要集中在1000Hz以下,其表面声压级也较大,在115dB 左右,因此,这个区域是控制缸盖辐射噪声的主要频段。

图4 柴油机表面节点声压级频谱

3. 2. 2 半消声室的建立

在距地面0. 3m 处加以对称面模拟地面的反射[ 5 ] ,加上对称面,认为在关于对称面的另一端假设一个完全一样的对称的辐射模型,由辐射模型和对称模型发出的声波到达对称面上任意一点时,径向质点速度沿对称面法向的分量都大小相等,方向相反,因而法向合成速度为零,这就是说对称面满足刚性平面边界条件。因此,该对称面的作用相当于将柴油机表面的辐射噪声完全反射,也即与无限大障碍板作用相同,但该模型的优点在于它可采用直接边界元法进行外场求解,避免了共振现象的发生。在距离柴油机各表面1m处添加了场点网格。

3. 2. 3 柴油机声功率计算分析

通过对柴油机的辐射噪声计算,得到了柴油机表面辐射声功率谱和声场的辐射声功率谱,如图5所示。根据该频谱可以得到柴油机表面总的声功率级为118. 4dB,声场的总声功率级为107. 5dB。从柴油机表面辐射声功率谱上看,在350Hz、850Hz和1250Hz时辐射噪声出现峰值,此时的柴油机表面声压级云图如图6 所示。从声场的辐射声功率谱上看,在300Hz、600Hz、850Hz和1250Hz时出现峰值,此时的声场声压级云图如图7所示。这确定了对辐射噪声贡献较大的频率,指出了改进设计的方向。

图5 柴油机表面和声场的辐射声功率频谱

从柴油机表面声压级云图中看出, 机体在350Hz时表面噪声最高,并且前表面(油泵侧)噪声远大于后表面(排气侧) ,在850Hz时第三缸前后裙部噪声较高。油底壳的后侧板和后底板辐射噪声在各频率下均较大,其中在1250Hz时噪声最高。缸盖在350Hz 时前后表面噪声较高, 其上表面在850Hz时噪声最高。

从半消声室声场云图中可以看出,各声场场点的最大声压级约为100dB。在300Hz时,声场前表面噪声辐射比后表面高,声场上表面声压级均匀分布。而在600Hz、850Hz、1250Hz时靠近缸盖上方的场点区域噪声均较高,其中1250Hz时场点的声压级最大,其最大值为104dB,但缸盖的主要声辐射能量主要集中在1000Hz以下,分析其原因是由于油底壳在1250Hz时噪声很大,通过地面完全反射的结果。