ISO 15086-22025 液压流体动力-部件和系统流体噪声特性的测定第2部分管道中流体声速的测量标准立项发展报告

液压流体动力——部件和系统流体噪声特性的测定第2部分：管道中流体声速的测量标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:HydraulicFluidPower—DeterminationoftheFluid-BorneNoiseCharacteristicsofComponentsandSystems—Part2:MeasurementoftheSpeedofSoundinaFluidinaPipe摘要随着液压技术向高压、高功率密度方向持续演进，流体噪声已成为制约液压系统性能提升和舒适性改善的关键因素。准确测定流体噪声特性，对于液压元件的优化设计、系统振动噪声的预测与控制以及故障诊断具有重要的工程意义。在流体噪声的测定中，流体声速是连接压力脉动测量与噪声源定量分析的核心物理参数，其测量精度直接决定了整个噪声评定体系的可靠性。在此背景下，国际标准化组织（ISO）发布了ISO15086-2:2025标准，为管道中流体声速的测量提供了统一的规范化方法和程序。本报告系统梳理了该标准的立项背景、技术内容框架及其关键创新点，深入分析了标准的适用范围、术语定义、测量原理、试验装置要求以及数据处理方法。报告指出，该标准的发布填补了流体声速测量国际标准领域的空白，构建了从试验装置搭建到不确定度评定的完整技术链条，对推动液压系统低噪声设计、促进国际贸易与技术交流以及完善流体传动标准化体系均具有深远影响。本报告还对该标准的主要起草单位进行了介绍，并对标准未来在智能化测试、在线监测等方向的发展趋势进行了展望。关键词：液压流体动力；流体噪声；声速测量；国际标准；压力脉动；噪声特性Keywords:Hydraulicfluidpower;Fluid-bornenoise;Speedofsoundmeasurement;Internationalstandard;Pressurepulsation;Noisecharacteristics一、引言液压传动技术以其功率密度高、响应速度快、控制精度好等突出优势，在工程机械、航空航天、船舶海洋、冶金矿山及智能制造等国民经济核心领域获得了广泛应用。近年来，随着液压系统向高压化、高速化和集成化方向持续迈进，由流体压力脉动诱发的振动与噪声问题日益凸显。这不仅严重影响液压系统的运行平稳性和操作舒适性，还对系统元件的疲劳寿命和可靠性构成潜在威胁，已成为制约高端液压装备性能提升的关键技术瓶颈之一。流体噪声（fluid-bornenoise）是液压系统振动噪声的主要来源之一，它以压力脉动的形式在管路系统中传播，激发管道和结构件的振动，进而向周围环境辐射空气噪声。要对流体噪声进行有效控制和治理，首先必须实现对流体噪声特性的准确测定与评价。而在流体噪声的测量体系中，流体声速（speedofsoundinafluid）是一个至关重要的基础性参数——它是将压力脉动测量数据转换为噪声源强度、确定管道声学模态以及预测管路系统声学响应所必需的关键物理量。然而，液压油等工程流体的声速并非固定常数，而是随温度、压力、含气量等因素发生显著变化。这一特性使得流体声速的准确测量面临较大技术挑战。长期以来，不同实验室和研究机构采用各自不尽相同的测量方法，导致测量结果之间的可比性不足，严重制约了流体噪声测定技术的标准化进程。在此背景下，国际标准化组织ISO/TC131（流体传动系统技术委员会）组织相关国际专家，历经多年研讨与论证，于2025年2月正式发布了ISO15086-2:2025《液压流体动力——部件和系统流体噪声特性的测定第2部分：管道中流体声速的测量》。该标准的发布标志着流体噪声测定领域国际标准化工作迈出了关键一步，为全球范围内统一流体声速测量方法和评价体系奠定了坚实基础。本报告将对该标准的立项背景、技术内容、关键创新和行业影响进行系统阐述，以期为我国液压行业相关技术人员和管理人员理解和应用该标准提供参考。二、标准立项背景与意义2.1行业需求与技术驱动液压系统噪声问题的突出性和复杂性，是推动本项标准立项的根本动力。在工程实践中，液压泵、液压马达、液压阀等元件的流体噪声特性直接关联到整机的NVH（噪声、振动与声振粗糙度）性能。尤其在高端的汽车、工程机械和航空装备领域，噪声指标已成为产品竞争力的重要维度。而要准确评价和有效控制流体噪声，就必须首先解决流体声速的准确测量问题。研究表明，在液压管路中传播的压力脉动波，其传播速度受流体体积弹性模量、密度、管道弹性以及流体中溶解或夹带的气体含量等多种因素影响。对于典型的矿物液压油而言，其声速通常在1200～1500m/s范围内波动，且随温度的升高而降低，随压力的增大而略有增大，微小气穴的出现则可能使声速显著下降。这种参数敏感性意味着，任何流体噪声测量系统在使用前，都必须对其工作条件下的流体声速进行实测标定，否则测量结果的可靠性无从谈起。2.2填补国际标准空白在ISO15086-2发布之前，国际上尚不存在专门针对管道中流体声速测量的统一标准。虽然ISO15086系列标准框架中已对部件和系统的流体噪声测定提出了总体要求和试验方法，但各相关方在实际操作中采用的声速获取方式各有不同：有的采用经验公式估算，有的使用专用声速测量装置测定，有的则参考文献数据进行近似处理。这种各自为政的局面导致不同实验室获得的噪声数据之间存在显著系统差异，严重影响了数据的互换性和试验结果的横向对比。ISO15086-2:2025的发布，填补了这一重要标准空白。它首次以国际标准的形式，对管道中流体声速的测量方法、试验装置、测量程序和数据评定方法进行了统一规范，为全行业提供了可复现、可比对的声速测量技术方案。2.3服务低噪声设计和绿色制造在碳达峰、碳中和目标引领下，低噪声设计已成为液压装备绿色化转型的重要方向。精确的流体声速数据不仅是噪声源定量识别的输入条件，也是液压管路系统声学优化设计的基础数据。通过应用ISO15086-2提供的标准测量方法，设计人员可以在产品开发早期获得可靠的声速数据，从而建立更准确的系统声学模型，优化管路布局和消声器设计，有效降低系统噪声水平。三、标准技术内容概述ISO15086-2:2025在ISO15086系列标准的总体框架下，针对管道中流体声速的测量提出了完整的技术规范。标准在结构上分为多个核心章节，涵盖了范围、规范性引用文件、术语和定义、测量原理、试验装置、测量程序以及测量不确定度等内容，形成了一个从理论到实践的技术闭环。3.1范围该标准规定了在充满流体的管道中测定流体声速的测量方法和试验程序，适用于以液压油、乳化液等为工作介质的液压流体动力系统。标准明确规定了其适用于流体温度、压力和工作状态下声速测量的通用要求，同时界定了标准的边界条件和适用范围。需要特别指出的是，标准明确了声速测量的目的性定位——即为部件和系统的流体噪声特性测定提供基础性物理参数，而非单纯追求声速这一物理量的精确测量本身。这一目标导向使得标准的试验方法设计紧密贴合流体噪声测定的实际工程需求。3.2术语和定义为保证国际范围内技术交流的无歧义性，标准对涉及的关键术语进行了严格定义。其中核心术语包括：-声速：声波在流体介质中的传播速度，以m/s表示；-流体噪声：以压力脉动形式在流体中传播的噪声；-试验段：用于声速测量的管道测量区段；-激励源：在试验管路中产生压力脉动信号的装置；-压力脉动传感器：用于测量流体中交变压力的传感器。这些术语定义与国际通用的声学及流体力学术语体系保持一致，同时结合液压流体的特殊性进行了适当补充和完善。3.3测量原理与理论基础标准所采用的声速测量方法基于声波在管道流体中传播的时间-距离关系原理。通过在已知间距的两个测量截面上安装高频响压力传感器，利用激励源产生特定的压力脉动信号，分析两测点之间信号的传播时延，结合两测点之间的已知距离，即可根据如下关系式计算流体声速：其中，为流体声速，为两测点之间的传播距离，为信号传播时延。在实际实现中，标准推荐采用互相关函数法或传递函数法来确定传播时延。互相关函数法通过对两路压力脉动信号进行互相关分析，在时域中确定两信号的最大相关峰位置，该方法具有较好的抗噪性能；传递函数法则通过频域分析，根据两测点信号的相位差与频率的线性关系斜率来确定传播时延，该方法在激励信号频带较宽时具有较高精度。标准对两种方法均予以认可，并建议根据具体试验条件选择合适的方法。3.4试验装置要求试验装置的设计是保证声速测量精度的核心环节。ISO15086-2:2025对试验装置的构成和要求进行了详细规定。一个符合标准的声速测量试验装置通常包括以下关键组成部分：-流体供给系统：为试验管路提供满足温度、压力和流量要求的液压流体；-激励源：在管道中产生可控的压力脉动信号，通常可采用压力脉动发生泵、伺服阀或压电式激励器等方式实现；-试验管段：具有已知几何尺寸（内径和长度）的直管段，是声速测量的核心区域；-压力传感器：在试验管段上按已知间距安装的两个（或多个）高频响压力传感器；-信号调理与数据采集系统：对传感器信号进行放大、滤波和数字化采集；-数据处理系统：根据采集的压力脉动信号进行声速计算和分析。标准对试验管段的几何尺寸公差、传感器的安装方式（齐平安装以避免流场扰动）、传感器的频响特性和采样率等技术指标均提出了明确要求。例如，压力传感器应具有足够高的固有频率，以保证在测量频带内幅值和相位响应满足精度要求；数据采集系统的采样率应根据预期声速和测点间距合理选择，以保证时间分辨率的充分性。3.5测量程序标准对测量程序进行了分步规范，主要包括以下阶段：1.试验准备阶段：包括试验装置的清洁度检查、流体的加注与排气（排除游离气体）、系统预热至目标温度、传感器标定等步骤。2.激励信号设置阶段：根据预期测量频带和试验条件，合理设置激励源的信号类型（如正弦扫频、随机噪声、脉冲等）、幅值和频率范围，保证传感器可获得足够的信噪比。3.数据采集阶段：在稳态工况下同步采集两测点的压力脉动信号，采集时长应满足统计精度要求。4.声速计算阶段：将采集数据按前述方法进行信号处理，计算出两测点间的信号传播时延，进而得到流体声速。5.结果记录与报告阶段：将测量结果连同试验条件（温度、压力、流体类型等）进行规范记录，形成可追溯的测量报告。标准还对不同温度和压力工况下的多点测量提出建议，以建立流体声速随工作条件变化的完整数据库。3.6测量不确定度评定测量不确定度评定是本标准极为重视的内容，充分体现了国际标准对测量结果质量的严格要求。标准要求测量结果应附有完整的不确定度分析，包括A类评定（基于统计方法）和B类评定（基于其他信息）两个方面的不确定度来源。主要不确定度来源包括：测点间距的测量误差、传播时延的确定误差、温度波动对声速的影响、压力测量误差以及传感器安装方式导致的局部流场扰动等。标准建议采用国际通用的《测量不确定度表示指南》（GUM）框架进行系统分析和合成。四、标准的创新点与技术进步ISO15086-2:2025相较于以往各实验室自有的声速测量方法，体现出以下显著的技术进步和创新特征：第一，首次建立了统一的国际测量规范。该标准填补了国际标准化体系中流体声速测量标准的空白，使全球范围内不同实验室获得的声速数据具备了可比性和互换性，直接支撑了流体噪声测定的标准化和系统化。第二，系统建立了测量质量保障体系。标准将测量不确定度评定纳入强制性要求，建立了从装置校准到数据处理的完整质量链条。这有助于提高测量数据的可信度，为跨实验室的数据比对提供了技术依据。第三，充分兼顾了方法的普适性与灵活性。标准在规范总体技术框架的同时，对不同类型液压流体（矿物油、难燃液压液、水-乙二醇等）以及不同测量工况（不同温度和压力范围）留有必要的适应空间，既保证了方法的统一性，又不至于过分限制技术方案的灵活性。五、主要起草单位介绍ISO15086-2的制定凝聚了国际流体传动领域众多科研机构和企业专家的智慧与经验，是国际标准化组织ISO/TC131（流体传动系统技术委员会）框架下国际合作的重要成果。ISO/TC131成立于1967年，是国际标准化组织下属负责流体传动系统（包括液压和气动）领域标准制定的技术委员会。其秘书处由美国国家标准协会（ANSI）承担，下设多个分技术委员会和工作组，分别负责液压元件、气动元件、液压流体、密封装置、系统与产品等专业领域的技术标准制修订工作。在ISO/TC131的组织架构中，负责制定本标准的WG工作组汇聚了来自美国、德国、英国、日本、中国等主要工业国家的流体噪声研究领域的权威专家。各参与国在该领域的长期技术积累和国际合作经验，为本标准的科学性和适用性提供了有力保障。尤其在声学测量、流体力学和液压系统动力学方面具有深厚研究积累的国际知名研究机构和企业，为标准的制定贡献了大量理论分析和试验验证数据。多轮国际比对试验和实验室间的协同验证工作，确保了标准技术指标的科学合理性和试验方法的可操作性。六、标准对行业的影响与应用价值6.1促进液压系统低噪声设计的规范化ISO15086-2的发布为液压元件制造商和系统集成商提供了统一的声速数据获取方法。通过采用标准规定的测量程序，企业可以在标准化的条件下获得可靠的流体声速数据，进而将其作为流体噪声预测模型的输入参数，支持液压系统的低噪声优化设计。在泵、阀等液压元件设计阶段，设计人员可以借助准确的声速数据，对管路系统进行声学计算，预估系统中可能出现的压力脉动放大频带，从而有针对性地优化管路布局、增加消声元件或调整结构参数以避开共振条件。这种基于标准数据的设计流程显著提高了低噪声设计的效率和可靠性。6.2支撑流体噪声测试技术的体系化发展作为ISO15086系列标准的第2部分，该标准与第1部分（一般要求）及其他相关部分共同构建了一套完整的流体噪声测定标准体系。该标准所提供的声速测量方法为系列标准中涉及压力脉动测量的各应用部分提供了统一的基础参数获取手段，从而提升了整个流体噪声测定标准体系的内部一致性和技术协调性。这种体系化的标准架构，使得用户在进行流体噪声测定时，可以按照标准系列所规定的逻辑顺序逐级实施——从基础参数测定到部件级测试再到系统级评价——形成了层次分明、衔接顺畅的技术链条。6.3推动国际贸易与技术交流的互认当前，液压产品的国际贸易规模持续扩大，不同国家和地区的用户对产品性能的一致性要求也日益提高。在流体噪声指标日益成为液压产品贸易中重要技术指标的情况下，统一的标准测试方法有助于减少因测试方法差异导致的贸易纠纷，促进技术壁垒的降低。ISO15086-2提供了全球公认的声速测量方法，使得不同制造商在申报产品噪声性能时可以采用一致的基础数据来源，增强了数据间的可比性和可信度。6.4对我国液压行业的意义对我国液压行业而言，ISO15086-2:2025的发布既是机遇也是挑战。一方面，采用国际标准有助于我国液压企业提升产品测试技术水平，与国际先进水平接轨；另一方面，标准的实施也对企业的试验能力建设、人员技术水平和质量管理体系提出了更高要求。建议我国液压行业相关企业和技术机构密切关注该标准的实施动态，加强标准技术内容的研究和消化，适时开展相关试验能力建设，以满足国际市场对流体噪声指标的要求。同时，在液压行业标准体系内，可考虑适时将该国际标准转化为我国国家标准或行业标准，以促进国内液压装备噪声控制技术的整体提升。七、结论与展望ISO15086-2:2