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风噪实验的“独孤九剑”
2020-08-11 16:32:51· 来源：LBM与流体力学
如果把风阻对标比喻成蛤蟆功，那么风噪对标则更像是独孤九剑。各个剑式之间彼此独立，又融会贯通，正如风噪对标，总体的风噪水平固然重要，然而唯有清晰的分辨出
如果把风阻对标比喻成“蛤蟆功”，那么风噪对标则更像是“独孤九剑”。各个剑式之间彼此独立，又融会贯通，正如风噪对标，总体的风噪水平固然重要，然而唯有清晰的分辨出每个部件对于内部噪声的贡献，才能更深刻的理解整车的风噪性能。
01、玻璃面板的贡献度分析
大家都知道噪声是对数叠加，最主要的噪声源对于总噪声水平的影响最大，所以对于上车身风噪来说，明确每一块玻璃面板对内部噪声的贡献非常关键。只有明确了每一块面板对噪声的贡献，才能有的放矢的进行风噪的优化。
通过实验测量玻璃面板贡献度的思路很简单，先用砧板和吸音棉从乘员舱内侧把每一块玻璃面板都封住，然后逐一拆掉每一块玻璃面板内侧的隔音垫即可测出相应的噪声贡献。测试过程中，隔音垫除了需要完全覆盖玻璃内侧之外，其质量应不低于2kg/m2（敲黑板的“质量定理”小常识：结构质量增加一倍，声传递损失增加6dB）。另外，测试出来的dB不要直接相减哦，先换算成压力再相减，然后就能算出每一块玻璃面板的贡献啦（需要具体的计算公式，请私信我们哦）。下图给出了捷豹路虎通过实验测试某车型的前侧窗面板贡献度分析的结果。
02、再麻烦也要测的底盘噪声
在“底盘噪声的小秘密”那篇文章里，我们和大家聊过，底盘噪声的总声压级水平比上车身风噪要大不少，而且在很广泛的频率范围都有贡献，所以底盘噪声很重要。通过实验明确底盘噪声的贡献对于我们了解整车的风噪水平很有必要。
目前底盘测试的方法主要有两种：一种是直接测量，这种方法需要保证测试的时候尽量的隔离其它噪声源，包括上述的玻璃面板，以及间隙/密封条和泄露噪声等；当然另外一种间接法稍微简单一点，就是分别测量有无底盘围裙的两种工况，然后将测试得到的两条频谱相减即可得到底盘的贡献。
03、撕掉胶带才是真实的风噪
贴上胶带是为了避免泄露和密封条的传声，不过相信绝大部分用户都不会像下图这样贴着胶带开车。所以撕掉胶带才能更准确的测试风噪的性能，那么，胶带怎么撕才能更好的研究风噪性能呢？
基本的原则是从贡献小的区域向贡献大的区域慢慢撕，这样才能分清楚每个部分的贡献。还有，为了分辨泄露和密封条的贡献，在撕掉外表面胶带的时候，可以考虑在内侧贴上胶带，这样既能避免泄露，还可以让密封条的空腔暴露出来，成为声音传递的路径，从而分辨出密封条的贡献。
04、速度扫略让啸叫无处可逃
随着客户对于舒适性的要求越来越高，啸叫几乎是不能忍受的，而啸叫的出现又很随机，如同变幻莫测的暗器，令人防不胜防。所以每当车型开发过程中碰到啸叫问题，咱们的风噪工程师就如临大敌。不过所幸，咱们的独孤九剑也有专门对付暗器的“破箭式”。
通常情况下，啸叫是由车身上某些微小的几何在特定的来流工况下产生的特定频段上的声压级峰值问题。不同于宽频噪声，啸叫非常敏感，只会在某些特定工况下出现。之前和S厂合作的时候，碰到过一个非常有（抓）趣（狂）的格栅啸叫问题——在某大型SUV上表现良好的结构，被“套娃”到一个小型SUV上时居然出现了很严重的啸叫，搞得咱们的工程师措手不及。
实不相瞒，很多人都问过我们一个问题：
- 客户：仿真到底能不能研究啸叫？
- 小编：如果你能告诉我哪个几何结构在哪个工况下产生哪个频率的啸叫，我就能仿真。
- 客户：如果我什么都知道了，为什么我还要仿真呢？
- 小编：额，要不咱们试试实验吧？
对于啸叫的分析，实验手段几乎完胜仿真。在风洞里，我们只需要缓慢增加来流速度，并通过远场的麦克风就能够明确啸叫的问题，以及产生啸叫的工况和大致的几何位置。为了进一步明确产生啸叫的几何结构，只需要通过胶带密封局部区域的详细几何，即可判断产生啸叫的具体位置。通常情况下，格栅、后视镜以及开孔的尾翼是最容易出现啸叫的区域，当然具体的频率和来流工况有所不同，需要特别的关注。
05、有偏航角的工况更接近实际
通常情况下，无论是实验还是仿真，研究最多的工况都是0°偏角的，但是我们在高速公路上开车的时候，来流通常会有一定的偏角，比如120km/h的行驶速度和5m/s的横风共同作用时的来流偏角大约为8.5°。即使没有横风的作用，湍流固有的非定常脉动仍然会使得来流偏角在一定范围内波动，而驾驶员或者乘客实际感受到的风噪水平一定是偏角波动到最大值时的状态。所以想要在真实路况上依然表现很好的风噪性能，需要确保我们的车型在大偏角工况下依然保持较低的风噪水平。
福特通过实验和仿真研究了0°和10°偏角的差异（AIAA 2006-2559）。从下图可以看出，偏角增大显著增加了A柱和后视镜附近的涡流强度，使得侧窗对于内部噪声贡献在不同频段上增加约5-10dB。
06、一筹莫展之际试试“Sanity Check”
大家去风洞做风噪实验的时候，是不是碰到过连续吹了5、6个优化方案都没有效果的情况？或者总的内部噪声比同级别的车型大了不少？于是你就盯着测试的样车“左看右看上看下看”，却依然一筹莫展。下次再碰到这样的问题，或许可以尝试一下“Sanity Check”。
“Sanity Check”，直译成中文的意思是“完整性检查”，大致的思路是：当你觉得测试结果不合理，可是不知道为什么的时候，那就做一个已知答案的测试，看看测试的结果和已知的答案是否一致，如果不一致，则说明很可能是测试有误。
没看明白，能不能举个栗子呢？
风噪实验过程中，如果连续N个优化方案的测试结果都没有什么效果，那么，到底是优化方案本身没效果，还是实验过程有问题呢？试一试把后视镜的镜柄增大一倍，或者在三角板的尾缘贴上一个厚厚的凸起，再测试一次，如果明明应该恶化的内部噪声还是没变化，那么我们需要去检查一下是不是测试设备出了问题，或者由于泄露等原因导致某个噪声源将其他部分的贡献都掩盖住了。如果实验本身的问题被排除了，那就思索一下各个部件的贡献度，或许这些优化方案都没有施加到关键部件上。
07、一拆一装，部件噪声知多少？
看着突出来的后视镜、行李架、天线或者雨刮器，你是不是觉得很不爽，总担心它可能存在某些噪声问题，可又难以评判到底哪个部件才是最主要的噪声源？假如它本身的噪声问题很小，那么继续优化岂不是白费功夫？
那就拆掉它，测试一下，看看具体的内部噪声以及外场麦克风的结果如何变化，这样我们就通过“一拆一装”的测试来量化部件对于内部噪声的贡献。有一点需要注意的是，拆掉的部分要避免出现泄漏或者声传递损失降低的情况，导致结果评估出现误差。
08、油泥模型能用来测风噪吗？
可以，但是我们不推荐使用油泥模型做风噪实验。
为了尽可能让油泥模型和实车接近，很多客户会在油泥模型中间挖出一个乘员舱用来测量内部噪声，但是内部噪声的结果除了和外部流动激励相关之外，很大程度上还依赖于整车的声学包性能，尤其是玻璃的阻尼损耗因子以及乘员舱内部的混响效果。所以如果一定要使用油泥模型测风噪的话，最好还是把关注点放到不同方案之间的差异吧。
值得一提的是，虽然油泥模型和实车在验证方案的效果上面具有很好的一致性，但是两种模型测试出来的不同方案之间的差值会有所不同。另外，如果油泥模型没有乘员舱时，很多客户会考虑使用玻璃表面的麦克风来进行对标或者验证方案的有效性。
通常情况下，使用表面麦克风的结果进行对标是没有问题的，但是验证方案有效性时需要格外的小心，有的改型方案可能改变了压力热点区的分布，让原本没有位于压力热点区的测点处于压力热点区域，而有的则相反，这样单纯对比测点之间的差异就可能会影响我们对于方案改型效果的判断。所以如果要依赖表面麦克风的结果来判断方案效果的话，最好在不影响流动的情况下多布置一些测点。
09、路试还能测风噪？
此处删去2685个字......
小姐姐说：“一篇文章不允许超过3000字，大家都很忙的呀，没时间看那么多内容。”
嗯，听小姐姐的话，下次再和大家聊 “路试的千军万马之中如何量化风噪的贡献？”
小结
本篇作为“独孤九剑”的总纲，希望能够为大家建立风噪测试的总体思路，而关于“独孤九剑”的具体招式和各种演化，请各位看官静候本公众号的原创与分享。
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