随着汽车噪声污染的日益严峻及人们对乘坐舒适性的要求的不断提高,降噪设计已成为汽车研发过程中不可或缺的重要环节。其中,行李架横杆能够产生使人产生烦躁情绪的涡脱落噪声,还会增加整车的附加气动阻力及油耗。因此,对行李架横杆进行减阻、降噪设计具有重要意义。本文以行李架横杆为研究对象,采用计算流体力学与声类比相结合的方法,从绕行李架横杆钝体截面流动的流场结构及其噪声的产生机理着手,对截面几何形状进行了多目标优化设计和被动修改,从而实现减阻、降噪的目的。主要包括以下研究内容:第一,基于二维钝体剖面模型进行了前期的机理研究,具体研究了后缘造型、后缘半径和壁面效应三因素对钝体尾流区的流动及产生噪声的影响。通过对直边式、斜边式、导圆式三种后缘造型的钝体剖面进行瞬态仿真,发现:导圆式后缘造型具有改善尾流区大尺度涡街的形成,降低噪声产生的作用。随后研究导圆式后缘半径大小对尾流形成涡街及气动噪声的影响,发现后缘半径过大尾流区会形成卡门涡街,增大气动噪声;过小的后缘半径则不适用于承载部件,且不符合汽车部件安全性设计理念,综合考虑最终确定后缘半径较为合理的取值为3~6mm。为了更接近于行李架在车顶的流场,仿真了在近壁模式下钝体流动特性,发现壁面效应能够加剧尾流的涡脱落,增加受声点的声压级,并使得所产生的噪声向人耳更敏感的频率移动。第二,针对当前市场上的行李架横杆,进行气动特性、声源特性的研究。参照三款经典的行李架横杆产品:传统型、对称型、流线型,建立其三维CAD模型。对三模型进行声源指向性分析,发现行李架横杆的声传播基本都成超心形或心形分布,验证了行李架所产生的噪声属于偶极子噪声。确定在横杆几何中心正上方3m的位置设置受声点,作为优化设计中目标函数的采样点。将三组行李架分别置于整车Driv Aer模型的车顶,在风速20m/s的工况下进行数值仿真,为后文的优化提供CFD仿真的有效性验证。第三,以流线型行李架横杆截面为优化对象,选取横杆截面的长度、长宽比、前缘半径和后缘半径为设计变量,应用正交试验设计方法、克里格(Kriging)近似模型、NSGA-II算法与CFD计算相结合的一体化流程完成行李架横杆截面的多目标优化,最终使得流线型行李架横杆所产生的气动阻力降低3.89%,声压级降低2.06%;第四,对形状简单、易加工的对称型行李架横杆截面进行被动修形,通过加载“鼓包”的方式来加厚剪切层,破坏尾流区卡门涡街的稳定性,从而达到消除涡街,降低噪声的目的。最后,对行李架横杆降噪技术的进一步研究及前景给出一个展望。