李昌日　梁毅　闻港　田万里　付宝贵

摘  要：针对降低赛车排气噪音问题，本文使用GT-power软件建立了三维消声器仿真计算模型，进行了传递损失的仿真分析，得到消声器的传递损失曲线，并保证消声量不下降的情况下进行优化结构设计，通过对比传递损失曲线情况，得到较好的传递损失结果，可有效提高消声器的降噪性能。

关键词：消声器;GT-power;传递损失

引言

中国大学生方程式大赛（FSC）是由中国汽车工程学会针对汽车专业及相关专业的在校大学生举办的自主设计与制造汽车的比赛[1]。本文针对降低赛车排气噪音问题，使用GT-power软件建立了三维消声器仿真计算模型，进行传递损失的仿真分析，通过优化结构设计分析结果找到最优的方案。

1.消声器的聲学特性

1.1消声器声学评价指标

降低消除噪声是消声器的主要功能之一，消声器的声学评价指标为以下三个 [3]。

传递损失用TL（Transmission Loss）表示：

TL=10lgWi/Wt=Lwi-Lwt        （1）

其式中：入射声功率级- Lwi;透射声功率级- Lwt。

插入损失用IL（Insertion Loss）表示：

IL=Lw1-Lw2 =10lgW1/W2        （2）

其式中：没有安装消声器所测的声功率为-Lw1;安装消声器所测的声功率为-Lw2。

声压级差值指部件中任意两点间的声压级差值，用LD（Level Difference）来表示：

LD=Lp1-Lp2 =20lgP1/P2           （3）

其式中任意两点的声压级分别为Lp1、Lp2。

2.GT-Power仿真模型

2.1建立发动机仿真计算模型

本文采用GT-power软件有限体积法建立一维计算模型计算，输入每个系统模块的属性参数，将每个模块连接即构成本田发动机（CBR600RR）待工作状态的计算模型[3]。

2.2消声器设计及容积计算

赛车动力性能与消声器性能具有绝对性关系，更具经验数据消声器的容积与发动机的排量之比应该在10倍左右。选择阻抗复合型消声器，抗性前置，阻性消声器后置，可获得全频段的良好消声效果，降噪效果明显。

FSC赛事中规则要求噪音：怠速时噪音等级上限为C加权103dB，其他高转速上限为110dB。根据测量，发动机在无消声器下，怠速C加权噪声在112—120dB之间，高转速11000r/min噪声在124—128dB之间;目标消声器传递损失须在20dB左右。

根据消声器容积计算公式（4）为：

（4）

V-消声器容积，单位：L

n-发动机转速，单位：r/min

i-发动机缸数

-发动机冲程数

Vst-发动机排量，单位：L

Q-修正系数，可取2-6，消声器要求级别越高，Q值则取越大。

n取13000r/min，Q取2，计算得V=5.5L

2.3消声器仿真计算模型建立

利用GT-Power软件中的GEM3D模块，根据容积5.5L进行消声器的3D建模，在界面中添加消声器壳体、导流管、隔板、穿孔管以及玻璃棉。消声器壳体为直径φ114mm，长550mm，总容积为5.5L，前消声器容积为3.0L，为抗性消声器类型，主要为消除中低频噪音;后消声器容积为2.5L，为阻性消声器类型，主要为消除高频噪音。前消声器与后消声器用内孔φ38mm的隔板连接，前消声器由φ38mm与φ50mm的穿孔管重叠布置，后消声器由玻璃棉包裹内穿孔管布置，其中穿孔管穿孔率为32%，将建立好的消声器模型设置好进出口然后将消声器模型离散化。在界面中导入相关元器件模块，定义频率、流量、流速、管径等参数，设置消声器模型连接口，建立传递损失分析主系统模型。

根据建立的消声器传递损失仿真模型计算，得到传递损失曲线，消声量普遍在20dB左右，具有较好的消声性能，但在733.7HZ频率处的消声峰值波动较大，噪声非常接近规则值，为了减小后期加工误差等其他意外因素影响导致噪声不符合规则可能性，733.7HZ频率处消声量应进行优化，削弱该频率下的噪音。

2.4消声器优化结构设计

针对方案一进行了结构设计上的优化，改进优化的两个方案如下：方案二在原前消声器内穿孔管布置改为φ38mm与φ60mm的穿孔管重叠布置;方案三在原前消声器内穿孔管布置改为φ38mm与φ90mm的穿孔管重叠布置;进行传递损失模型计算。通过方案二、方案三传递损失曲线可知两方案都对733.7HZ该频率处的消声性能有明显的改善效果，方案二的优化效果更为明显，消声效果整体明显提高，且其他频率下的消声性能都有所改善，极大削弱了该处的噪音，整体提高消声器的消声性能，符合优化改进的要求。

3.结语

本文使用GT-power软件建立了三维消声器仿真计算模型，完成了消声器传递损失的仿真分析，并在733.7HZ该频率处的消声峰值波动较大，噪声非常接近规则值的问题上进行了优化结构设计，从方案二中得出的传递损失曲线可知该方案有效提高了733.7HZ该频率处的消声量，极大削弱了该处的噪音，达到设计要求。

参考文献

[1]  中国大学生方程式汽车大赛规则2019版[Z].

[2]  丁吉民，胡光辉，严鑫映，左炜晨，何竹革，张利. 基于GT-POWER的汽车消声器降背压优化设计[J].汽车实用技术，2017，（1）.

[3]  庞剑，谌刚，何华.汽车噪声与震动：理论与应用[M].北京：北京理工大学出版社，2006.

基金项目：本文系桂林航天工业学院2019年大学生创新创业训练计划项目

作者简介：李昌日（1996.03-），男，汉，广西博白人，桂林航天工业学院汽车与交通工程学院在读本科生，主要研究方向：汽车服务工程。