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航空宇宙:機体騒音

機体騒音の正確なシミュレーション

航空機からの騒音公害が着実に増大する中で、近隣住人の健康に対する悪影響が実証されています。そのため多くの国で、環境騒音に対する政府の規制が強化されつつあります。航空機メーカーにとり、このような法的要求事項の拡大に対応することが大きな課題となっています。

航空機の騒音制御設計を改善するためには、エンジニアは設計が確定される前に主要な騒音源を特定しなければなりません。環境騒音規制に対する準拠の評価を、設計プロセスの後段階で実施することは、コストのかかる設計変更やテストのやり直しなどの原因となり、製品の認証そのもが危うくなる可能性があります。

機体騒音(高揚力翼やランディングギアなど、機体の構成要素の周囲で発生する乱流による騒音)は、着陸時における環境騒音の大きな原因となっています。機体騒音の発生と伝搬のメカニズム解明は大幅に進みましたが、その知見を利用して音響設計を改善し、環境騒音の低減目標を達成することは、運輸および重機業界にとり依然として大きな課題です。

技術課題

騒音目標を達成するための大きな課題は、その他複数の設計上の制約に対処しながら、騒音源を評価することです。プロトタイプのテストと開発にかける時間およびコストには限りがあります。実験に際しては、遠方場の測定を風洞で行うことは場所の制限上難しく、風洞での固定された騒音源の測定値を、現実の動く騒音源とどのように関連付けるかという課題があります。そのため、コンピューターによるソリューションが強く求められます。

Computational Aero-Acoustic(CAA)手法の大きな課題は、圧力摂動から生じる遠方場に伝播される音が、近距離場の乱流圧力の変動に比べて微小なことにあります。したがって、十分な散逸と分散を伴う非定常流れの挙動を高い精度で予測するためには、対象とする周波数帯で振幅の小さい変動を解像解決しなければなりません。


風洞による測定値と、PowerFLOWによる複雑なランディングギアのノーズ表面における非定常の圧力変動の予測値との比較

ソリューション

弊社のPowerFLOWとPowerACOUSTICS Far Field Noise Module(遠方場騒音モジュール)を組み合わせることで、ランディングギアまたは機体全体の流れが起因する遠方場騒音の正確な数値予測を得ることができます。

精度の良い非定常流れ変動予測 ― PowerFLOWの実証された精度により、空力的に誘導される非定常な騒音を予測し、複雑な形状も取扱うことが可能です。

完全に連成された遠方場騒音ソルバー ― Fowcs Williams and Hawkings(FW-H)に基づく完全に統合されたソルバーにより、レシーバー/マイクロフォンの位置における時間信号を予測します。このソルバーでは、航空機/車両の騒音と風洞シナリオの対比ができ、固体と透過物質の違いも考慮に入れることができます。

音声メトリクスとデジタル認証 ― 遠方場騒音モジュールでは時間領域圧力信号が出力され、それに対してユーザーが独自にポスト処理を行うことが可能です。

騒音源の特定 ― 遠方場騒音モジュールでは騒音源の寄与分析によって、遠方場に対する影響が最も大きい近接領域がハイライトされます。そして出力された遠方場信号をビーム形成や音響ホログラフィー(PowerACOUSTICS baseでは提供されない機能)などのインバース法に入力することで、空間騒音源が特定されます。

弊社の完成された遠方場騒音ソリューションでは、最終的なプロトタイプの完成に先立ち、Effective Perceived Noise Level EPNL metricを活用し騒音評価と最適化を早期に実施することができます。複雑な形状の取り扱いと効率的なポスト処理が可能になることで、設計の初期段階で騒音評価のターンアラウンドタイムを迅速化し、騒音低減目標を確実に達成することができます。

Unsteady flow structures (small unsteady structures) and noise emission (large coherent waves) from a deployed slat are captured simultaneously in one PowerFLOW simulations, clearly identifying the slat trailing edge as a dominant noise source.

 

EXA SOFTWARE USED FOR THIS APPLICATION

Simulation Preparation: 
Simulation: