低噪声弱红外发电舱设计

低噪声弱红外发电舱设计的实验研究

摘要

对于发电舱，实验发现进气侧的近场噪声最为突出，侧面和出口侧的噪声也较强；出口侧的红外特征最为显著，侧面的红外特征也较明显。为同时实现低噪声和弱红外特征，将散热器改为外置式并配置低噪声风扇，并为散热模块设计了风道。为抑制气动噪声，采用了阻抗消声器。为增强隔声和隔热性能，舱壁设计为“钢板+阻尼毯+保温棉”的多层结构。实验结果表明，采用新设计后，进气侧、侧面和出口侧的平均近场噪声分别从87.5分贝(A)降至77.5分贝(A)，从84.1分贝(A)降至76.0分贝(A)，从84.8分贝(A)降至79.5分贝(A)。风道的最高近场噪声仅位于其出风口，值为77.3分贝(A)。此外，侧面和出口侧与环境空气的最大温差分别从34 ◦C降至12 ◦C和从42 ◦C降至8 ◦C。风道对应的温差降至10 ◦C。

引言

发电舱是一种广泛应用于国防领域的厢式柴油发电机组。当发电舱用作军用电源时，其噪声和红外特征备受关注。低噪声特征可为人员提供舒适的声学环境[1]，而弱红外特征是实现发电舱红外隐身的必要条件[2]。发电舱的噪声和红外特征诱因多样且相互关联密切。主要噪声源如产生机械噪声的发动机、产生气动噪声的排气系统和散热模块，同时也是导致发电舱红外特征显著的主要热源。因此，为同时抑制噪声和红外特征，必须从上述源头出发对发电舱结构进行设计。

刘等人[3]测量了发动机在不同转速下的噪声水平，发现噪声水平随转速增加而上升，在2200转/分时可达120分贝(A)。为了分析发动机的噪声成分，姚等人[4]基于双耳声源定位和盲源分离方法，分离并识别了气缸燃烧噪声和活塞敲击噪声，发现两者的噪声频率分别集中在4350赫兹和1988赫兹。为了抑制发动机噪声，肖等人[5]进行了优化

实验系统与方法

图1是内置额定功率为20千瓦柴油发电机组的发电舱示意图。该发电机组主要由发电机、发动机、排气歧管、排气管、反射式消声器、控制箱以及包括散热器和冷却风扇在内的散热模块组成。舱室为沿气流方向由进气侧、侧面和出口侧围成的长方体形容器，外部尺寸为2200毫米（长）× 1050毫米（宽）× 1660毫米（高）。舱壁为1.5毫米厚不锈钢板，其内侧附有40毫米厚保温棉。进气侧设有两个格栅进风口和一个矩形进风口，出口侧设有一个矩形出风口，各部分尺寸如图1所示。以面向控制箱的方向作为前视图，发电舱的侧面包括前侧、顶部和后侧。

为了指导噪声抑制，对发电舱在额定功率状态下的噪声源噪声频谱进行了测量与分析。根据标准[20–22]，当被测对象与背景噪声的噪声水平差不小于10 dB(A)时，可忽略背景噪声的影响。因此，将声级计置于插入损失不小于10 dB(A)的隔声筒内，以消除背景噪声的影响。总体而言，发电舱的噪声可分为表面振动噪声和气动噪声频谱两类。图1给出了两种噪声频谱测点的示意图。为获取表面振动噪声频谱，在距发电机组前后两侧10毫米处对称设置测点。除靠近后侧的测点外，其余位置其余测点的位置如图1所示。为获得气动噪声频谱，分别测量了进气、排气和冷却风扇的噪声频谱。气动噪声频谱的测量圆位于以噪声源为球心的球面上，该圆是球面与以噪声源为顶点、半顶角为45◦的锥面的交线，且锥轴平行于气流方向。球面的测量半径不小于噪声源的特征尺寸且不小于0.25米，沿测量圆周等间距设置4个测点。由于冷却风扇的特征尺寸为其外径0.49米，故其测量半径取为0.5米。进气和排气噪声的测量半径均取为0.25米。为评估舱壁的隔音性能，在额定功率状态下测量了无舱壁时发电机组以及发电舱的近场噪声级。近场噪声级是指在距舱壁表面10毫米距离处形成的包络面上测得的噪声水平[23]。测量网格步长取为180毫米。当发电舱不工作时，使用声级计测量周围环境的背景噪声级。实验中使用的声级计为HS6288B噪声频谱分析仪（20–12.5千赫），其A计权声级测量范围为30–130分贝(A)。该噪声频谱分析仪的主要性能指标符合GB/T3785‐2010声级计标准和JJG188‐2017声级计检定规程对二级精度的要求。根据检定报告，使用HS6288B噪声频谱分析仪进行噪声测量时的噪声测量误差为