消声器设计参数的组合评估及正交优化

呼大力

摘要：目前水污染、空气污染以及噪音污染已经严重阻碍了社会的发展，人们生活水平的提高，汽车的生产量也在逐年上升，汽车发动机的噪音给人们的生活带来很大的干扰，为了减少排气系统产生的噪音，开始在汽车上安装消音器。本文将介绍不同参数对消声器的影响，分析消声器的正交优化设计。

关键词：消声器设计参数；组合评估；正交优化

文章主要从参数对消声器的影响及正交设计的相关内容这两方面内容入手，消声器设计中的参数主要有孔径、穿孔管壁的厚度、进气管的长度等等。正交设计依据正交实验来确定最终的参数，所以第二部分的内容主要是介绍正交实验的相关内容。

1.各种设计参数对消声器的影响

（1）孔径

消声器的孔径也会相应到排气系统的消音效果，在研究孔径参数时应该保持穿孔管管径、进气管长度以及排气管长度不变，按照不同的情况来改变孔径参数。根据相关研究数据可以得出消声器的传递损失也随着孔径的增加而增加，但是并不是说大孔径的消声器的消音效果比较好，孔径应该控制在一定的范围，这样才能真正发挥消声器的作用。

（2）穿孔管壁的厚度

穿孔共振的参数都会给排气消声器的功效造成影响，其中最明显的就是穿孔管壁的厚度。消声器的性能与穿孔管壁的厚度成反比，管壁厚度越大，传递损失就越小，声波进入穿孔中会消耗较多的能量。消声器在设计的过程中会适当地减小穿孔管壁的厚度，来提高消声器的性能。

（3）进气管的长度

消声器的性能主要受到进气管插入长度的影响，插入的长度越长，传递损失也越小。综合相关数据的研究发现40毫米的插入长度最为合适，大部分声频内插入40毫米的进气管都会取得很好的消音效果。要想获得最佳的消音效果，应该将进气管的插入长度确定为40毫米。

（4）排气管的插入长度

不同排气管的插入长度对消声器的影响程度也不一样，30毫米的插入长度能够消耗更多的能量，其他长度的消音效果并没有很大的区别。不同的排气插入长度在不同环境下的消音效果也有所不同，但是声音在传递过程中损失的能力具有一定的规律。为了更好发挥消声器的作用，一般会选择30毫米的插入长度。

2.消声器正交优化设计

2.1正交实验的优劣势以及基本步骤

2.1.1正交实验的优劣势

正交试验的优势是能够利用部分实验得出最终的实验结果，缩短了实验的时间。例如可以通过进出口异轴对消声器的影响对消声器的结构进行分析，利用仿真技术得出实验结果，最终确定最优的设计方案。这种实验方式相比较传统的实验而言，成本更低实验周期更短，还能对不同类型的发动机以及噪音进行分析，相应调整消声器的设计参数，保证设计的质量。但是这种方式不能对所有的消音器实验方式进行检测，只能依靠部分实验结果来得出最后的设计方案。

2.1.2正交试验的基本步骤正交设计首先需要对消声器的各项参数进行实验，只有根据实验结果来确定最终的参数才能保证消声器的质量。这个表主要是实验消声器的各项性能。

消声器正交试验主要分为正交试验方案的设计、正交试验方案的实施以及实验结果的验证。首先正交试验方案的设计主要包括设计目的以及正交试验表的选择，正交试验设计之前一定要对消声器的设计目的有明确的认识，消声器的噪声特征一定要与发动机的噪声特征一致，根据消声器的相关参数来确定实验的对象。根据消声器的影响因素和水平来确定正交表，消声器的影响因素和水平一定要与正交表一致；其次是消声器正交试验一定要严格按照正交表上的实验进行，通过实验得出传递损失和功率损失，在实验中应该及时将实验得出的结果填写到正交表上，为下阶段的结果验证提供依据；最后是正交试验结果的分析，分析方式可以分为计算分析和直接分析两种，计算分析能够对消声器的影响因素进行排序，确定消声器的设计方案，各因素对消声器性能的影响程度，最后找到各影响因素的关系以及变化规律，计算分析方式能够保证仿真实验与物理实验结果的一致性。直接分析法可以对仿真实验与物理实验的结果进行分析和研究，得出消声器指标的优劣势，还能将声音特征与空气动力指标结合在一起，最终确定优化设计方案。

2.2 设计参数的确定汽车排气消声器主要受到旁边腔、双层管外管直径以及双层管外管穿孔的直径等等，在设计消声器之前，应该这些因素进行分析和研究，根据分析的结果进行正交实验确定最优的设计方案。旁边腔结构和双层管外管穿孔直径对消声器的影响不是特别大，在正交实验中可以忽略，如果有需要可以直接加入到实验中。进出口异轴结构可以减少消声器在汽车底盘占据的控制，而且能够很好控制低频与中频的噪音。所以为了保证正交实验结果的科学性，将进出口异轴、双层管外管穿孔率、双层管外管直径以及双层管外管穿孔直径作为实验的主要参数，不同长度的进出口异轴，对于双层管外管穿孔率的影响，了解四种不同参数之间的关系，根据最后的实验结果制定相应的设计方案。

2.3发动机和消声器的耦合设计

发动机消声器的耦合设计中考虑的不仅仅是消声器的性能，还需要考虑发动机的功率耗损、插入耗损、排气差等等，根据这些因素来确定正交实验，这样才能保证设计的科学合理。将之前制定的消声器设计方案与汽车的发动机模型进行耦合设计，计算实验得出的结果。不同的消声器设计方案对于发动机的影响也有区别，仿真实验得出的结果主要是发动机的限定功率以及限定转速得来，在确定最佳的方案时会采用计算分析和直接分析两种，两种不用的分析方式具有自己各自的优势，在发动机消声器耦合设计中，直接分析的方式确定的优化方案的消声效果更好。

3.总结

综上所述，为了保证设计方案的科学性和合理性，在确定设计参数的组合之前应该进行相应的实验，正交优化能够大大减少仿真实验的次数，最短的时间内确定最优的参数组合。设计参数组合的质量得到保证才能保证消声器的功效，将排气系统制造的噪音控制在合适的范围，为汽车行业今后的发展创造有利的条件。

4.参考文献：

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[4]赵楠楠.发动机排气系统优化设计及应用分析[D].武汉理工大学，2012.