测量客舱温度、气流和噪音,实现车辆乘客的终极舒适性

现代车辆除了需要对推进技术不断改进并进行现代化设计外,座舱舒适性也变得越来越重要。为了提高乘客舒适度,必须对客舱气候、噪音和振动进行调节,但同时不能干扰车辆的运行。舒适度受外部环境条件和HVAC(热通风空调)系统性能的影响,因此需要实现并保持适当的平衡。

那么,这是如何实现的?

温度平衡通常是通过冷却或加热座舱来实现的。这里的挑战是防止外部温度通过车辆结构在内部进行传播。车辆饰件和隔热层在其中可起到屏蔽作用,根据通风系统的位置,车辆客舱的气流冷却或加热速度不一。但是一旦达到合适的温度,就需要在整个客舱内保持均匀、舒适的温度和气流。

另外,乘客舒适性还取决于可接受的噪声水平,噪声和振动测量在座舱舒适性验证中起着非常重要的作用。

如何实现客舱理想的舒适性:模拟和物理测试

乘客需要均一的整体车厢气候和可接受的噪音水平。暖通空调系统管理气流,控制加热、冷却和湿度 - 最好是没有噪音产生。虽然舒适性有统一的客观标准,但同时又非常主观,制造商可以个性化 HVAC设置,来优化乘客舒适性。

为了改善座舱气候并开发理想的HVAC系统,在研发和测试期间通常需要采取不同的步骤。设计完成后,模拟和物理测试有助于分析HVAC系统对客舱环境的影响。

在开发和测试客舱舒适性时,以下三种方法是必不可少的:

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了解和改善客舱气候

乘客的舒适和健康是飞机、铁路客舱设计或改进的基础,确保最佳、最适宜的气候(气流、温度、湿度、压力)、可接受的内部噪音以及新鲜清洁的空气,在确保整体健康的同时,并满足相关的二氧化碳排放法规。

为了确保舒适的客舱气候,空调(HVAC)系统需要考虑以下参数:

  • 室外温度和湿度
  • 阳光直射对座椅的影响
  • 座舱内的热源
  • 来自外部和通过空调出风口的气流
  • 舱内温度和湿度及其分布(尤其是头部和脚部)

所有这些气候和声学参数之间的完美平衡是实现成功和舒适旅程的关键——多属性设计优化,以最少的材料实现最完美的效果。

通过流体动力学(CFD)计算进行模拟

气流的数值模拟,包括固体中的热传递以及结构和乘客周围的对流,可通过使用CFD 进行模拟耦合,在热方面,可通过FEA(有限元分析)进行计算。

因此,可以模拟和分析HVAC系统对座舱环境的影响,例如冷却时间、空气和结构中的温度分布以及气流速度等。

这些结果可用于HVAC系统性能和乘客舒适性分析,最终改善客舱气候,实现客舱的最佳舒适度。

RUAG AG: 气流分析专家

瑞士RUAG - HBK的客户和合作伙伴 ,其拥有并运营多个风洞,采用 HBK 产品采集、处理和评估高质量测量数据。

作为对实验数据验证的补充,物理过程CFD(流体动力学计算)模拟和分析用于在风洞试验不够充分的情况下进行详细分析。数值模拟涵盖了广泛的应用,包括动态FSI(流体-结构相互作用),是初步构型研究的理想选择。

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热流和气流的物理测试

物理测试通常从需要进行物理验证测试的客舱内部原型开始。

这涉及到在气候室中进行一些实验,模拟室外真实环境——例如飞机测试:飞行高度高达几千英尺,室外温度从-60°C到+50°C——湿度、人造太阳和HVAC系统的运行模式变化。

在进行测试时,数百个传感器安装在整个座舱中,通过红外(IR)摄像机测量温度、湿度、压力和气流。

物理测试可能需要几个小时甚至几天,因为测试环境(气候室)通常非常大,温度控制和补偿需要一些时间。

测试过程需要可靠、稳定的测量设备,以方便、灵活地从不同类型的传感器采集数据。为了获得高精度的测试数据,需要使用能够承受气候室恶劣条件的数据采集系统(例如HBK的SomatXR数据采集系统)进行无人值守测试和记录。用于大通道数测试的后处理工具可对大量测量数据进行提取、可视化和分析。

声学分析

客舱舒适性还受到噪音和振动的影响。例如,新设计飞机的总体噪声级别和指标不仅基于计算模拟,还基于物理测试以及对现有客舱的测量和分析。然后将数据转换为推进水平、总体噪声和机身中的隔声材料。

对于飞机内部噪声,每个飞机制造商都有自己的指导规范,而不是遵循固定的法规或标准。还需要考虑不同推进装置(喷气式涡轮机、涡轮螺旋桨、电力)类型,因为它们都具有不同的噪声特征。

在声学建模和物理测试中,工程师需要了解从外部源到内部的噪声路径和分布。湍流气流在内部产生宽带噪声,这是最主要的因素。然后在噪声、热气候、重量和成本等方面采取最佳折衷方案来调整隔离度。频谱最好在地面测试期间进行分析,这也是飞行测试的一部分。



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