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鉄道:通過 / 環境騒音

静かな暮らしのために

航空機、鉄道、重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。航空機や車両メーカーにとり、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。

騒音制御に関わるエンジニアは、乱流または機械的な振動によって生ずる騒音の主な原因を、最終設計が確定する以前に突き止めなければなりません。設計プロセスの後期に環境騒音規制の順守を評価することは、設計変更やテストのやり直しに多大なコストがかかり、製品の認証そのものを脅かす可能性があります。

音の発生と伝播のメカニズムに対する理解は進歩したものの、その知識を利用して音響設計を改良し、環境騒音ターゲットをクリアすることは、車両および重機製造業界にとって依然大きな課題となっています。



上:PowerFLOWとPowerACOUSTICSによるパンタグラフの騒音シミュレーション

技術課題

騒音ターゲット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、圧力振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し解決しなければなりません。さらに、航空機や鉄道車両の検証など一般的なアプリケーションでは、遠方場の騒音目標に長距離を伴いますが、計算領域に騒音源と評価点の両方を含めることはほぼ不可能です。

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、流れが起因となる遠方場騒音の正確な数値予測を得ることができ、航空機、鉄道輸送、回転機器アプリケーションにおける環境騒音の問題をシミュレートすることが可能になります。

弊社の統合された遠方場騒音ソリューションは、以下の機能を備えています。​

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 Ffowcs Williams-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。

ファンと回転機器による騒音を予測 ― 回転部品によって生ずる圧力変動を予測し、実際に回転する形状をシミュレートするPowerFLOWの機能を、遠方場騒音モジュールと組み合わせることで、回転機器騒音アプリケーションに対する正確なソリューションをご提供します。

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、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。

EXA SOFTWARE USED FOR THIS APPLICATION

Simulation Preparation: 
Simulation: