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航空宇宙:推進騒音

航空機の推進騒音

航空機のジェットエンジンからの騒音は、離着陸時における環境騒音の主な原因となっています。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。

推進騒音の主な原因は、ジェットやその周辺空気の混合による乱流や、ファン騒音(回転するファンを伴うタービンにおける乱流の相互作用)、コンプレッサー、タービンシステム、設置時の騒音(とりわけ高揚力翼など航空機のジェットとその他部品との相互作用)などが挙げられます。

技術課題

ジェットとファン騒音の予測は、コンピューターによる流体力学において最も難しい課題となっています。騒音発生のメカニズムは、理論的にも未だ完全には解明されていません。従来のCFDテクノロジーによる予測手法は、高度なLES乱流モデルを用いる必要がありますが、複雑な実際のエンジン形状を生産用途で使えるようになるには何年も先になります。従って、推進騒音に関わるエンジニアは、ほぼ例外なく多くの制約がある実験に頼るしかないのが現状です。多くの試験は設置された速度では実行されず、エンジン単体構成のみという制約があります。設置された状態での騒音は通常、後期での飛行試験でしか確認されないことから、騒音に関わる認証の問題を回避するため、高価なセーフティーマージンや過度設計の原因となります。

Visualization of turbulent flow structures in a three-dimensional jet

ソリューション

弊社の革新的なLattice-Boltzmannに基づくプログラムは、エンジンの騒音予測に対するCFDの活用の壁となっている課題を克服する可能性があります。現行バージョンである低速流れのPowerFLOWでも、乱流ジェットの複雑な騒音予測のメカニズム対し、基本的な利点があります。現在のシェブロン設計など複雑形状を再現する実証済みの機能により、PowerFLOWはジェットと設置時の騒音の予測に対し、全く新しい可能性を導きます。

Visualization of sound waves emanating from a two-dimensional jet

ファン騒音の予測に対し、PowerFLOWの回転する形状の機能は、ステータと回転ファンの複雑な相互作用による騒音予測を可能にし、騒音の発生メカニズムに影響を与えうるあらゆる詳細形状を考慮します。

Visualization of stator-rotor interactions on the Advanced Noise Control Fan

Above: Band pass filtered pressure fluctuations in the fluid volume and on the surface of an experimental fan around the first blade passing frequency (480Hz), showing the propagation of the combined radial and circumferential modes.

 

EXA SOFTWARE USED FOR THIS APPLICATION

Simulation Preparation: 
Simulation: