航空噪声模拟案例课件

内部噪声
客舱内部噪声级
外部噪声源
内部噪声源
发动机
湍流边界层
环控系统
控制系统
其它系统(液压, 电力 系统, 等等)
空气传 递
结构传递 观察窗
结构
辐射噪声
起飞与降落阶段发动ห้องสมุดไป่ตู้噪声 发动机关闭后，APU噪声
Actran, the Appropriate Software for …
气动声学: 发动机噪声级指向性
气动 / 振动-声学: 辅助设备噪声(环控 系统& APU)
机身壁板的声学性能
ACTRAN具备模拟多层结构的阻尼、声吸收以及传递损失的功能:
▪ 粘弹性, 多孔泡沫材料 (Biot 模型) & 加强筋 ▪ 流体-结构耦合(一个模型内包含结构与流体) ▪ 快速频响 Krylov 求解器
stiffeners
ACTRAN TM
Key Features
ACTRAN TM 概括
风扇噪声是当代高涵道比发动机的主要噪声源
模型设计阶段: 价格昂贵 & 费时
仿真工具必须具备的特性
▪ 能够考虑非均质平均流效应 ▪ 声衬模拟 ▪ 管道模态 ▪ 计算性能
ACTRAN TM 满足以上需求
From BIW to trimmed body
ACTRAN VI
ACTRAN各模块的前后处理器 验证与修改其他工具创建的ACTRAN模型 利用其他CAE工具创建的网格，建立ACTRAN分析模型 结果后处理显示功能
Model creation and validation
Advanced post-processing
（1）实验, 扩散声场激励
(3)
（2）仿真, 扩散声场激励
（3）仿真, 湍流边界层激励
(1) (2)
f (Hz)
fR=1800 Hz fCaero=3000 Hz
1000
10000
ACTRAN可以提供实验室无法实现的湍流边界层激励！
案例: 环控系统管道的声学设计
Presented by Airbus & FFT at NoiseCon 2008
模拟结构动态性能
铝蒙皮 + 碳纤维地板:
▪ 客舱是对称性的 半空间模型+ 对称边界条件 ▪ 网格要求= 捕捉到弯曲效应 (与弯曲波长相关)
ACTRAN 特性 ACTRAN 支持厚壳单元与薄 壳单元
Thick shell elements
5.4 m
Thin shell elements
声波传递入舱内- 1
结构可以很容易的与流 体耦合,通过匹配网格或 非匹配
Incompatible mesh
ACTRAN 特性
随机声载荷: 包含扩散声场激励与湍流 边界层激励
声学结果– 降噪指数
铝蒙皮, 观察窗和内部空间:
NR 薄膜效 应（刚度）
控制区
NR 模态控制区
NR 质量定律控 制区
窄带
复合材料 vs. 铝
复合材料vs 铝蒙皮:
© Aermacchi
© Airbus
© Airbus
ACTRAN/DGM
目标：求解涡轮发动机的排气噪声 特性
▪ 线性欧拉方程 (LEE) ▪ 时域求解 ▪ 非结构化网格 ▪ 可以导入常见CFD软件计算得到的平均流结果
Complex Exhaust Flow
Acoustic field
© TURNEX Project
消声器
环控系统
齿轮箱声辐射
ACTRAN VibroAcoustics
振动声学仿真工具
丰富的有限单元与材料库:
▪ 声学有限元与无限元 ▪ 粘弹性梁单元、壳单元与实体单元 ▪ 复合材料单元，允许考虑预应力作用 (新) ▪ 多孔与多孔弹性单元 ▪ 压电材料单元，支持换能器、声纳与主动控制模拟 (新)
国Lloyd船级社等十一家大型企业，共同资助FFT开发ACTRAN软件 专业的声学仿真工具: 振动声学 (Actran/Vibro Acoustics, Actran for Nastran) 流动声学 (Actran/TM, Actran/DGM, Actran/Aero Acoustics) 前后处理器 (Actran/VI) 服务: 培训, 技术交流, 工程咨询, 特别开发 科研:FFT参加众多科研项目，从风机噪声、螺旋桨噪声、轮胎噪声、
案例: 飞机结构的隔声量：气动(Corcos model)与声学激励
Pascale Neple and Bruno Campolina ,Airbus – Interior Noise Department Jean-Pierre Coyette Free Field Technologies Noisecon 2008
▪ 进气道 / 风扇噪声: Actran/TM ▪ 尾喷 / 外涵道噪声: Actran/TM 与 Actran/DGM ▪ 声衬效果: Actran/TM 或 Actran/DGM
振动声学: 机身壁板/驾驶舱性能
▪ 传递损失计算TL ▪ TL, 发动机激励(结构传递& 空气传递) ▪ TL, 湍流边界层激励(TBL) ▪ 机身壁板 改进
ACTRAN 特性
支持结构与声空间基于 频率的阻尼特性
结构阻尼通过杨氏模量 的虚部定义
声传播媒质阻尼通过声 速的虚部定义
绝热隔声层效应
铝蒙皮,观察窗,加强筋,框,地板,玻璃棉和空腔:
ACTRAN 特性 支持多孔材料
多孔材料
玻璃棉
Mean 1/3 octave
计算统计
计算统计:
▪ 自由度: 153,861
stiffeners
aluminum air
layer 1 layer 2
layer 3
案例: 机身壁板声学分析
Application Review
介绍
ACTRAN Vibro-Acoustic 模块被 飞机制造商广泛使用 工程师能够利用ACTRAN 研究驾驶舱、机身壁板的声学性能, etc. ACTRAN 仿真分析与实验进行比较 该案例介绍使用ACTRAN Vibro-Acoustics计算机身壁板的声学性能 计算中只考虑一段机身壁板
铝蒙皮, 观察窗和内部空间:
▪ 蒙皮与观察窗外部施加湍流边界层 激励 (Corcos Model)
▪ 声波透过机身蒙皮传递入舱内 ▪ 计算降噪指数 (NR)
ACTRAN 特性 支持不同流体网格: TRIA, PENTA, HEXA, PYRA
Various fluid elements
ACTRAN 特性
实验装置
圆柱形壳体，内部空间封闭 预测加强筋的作用 不同激励的影响 解析方法软件 (FFT开发, AIRBUS所
有权, 与ACTRAN交叉验证) vs. 实验
Radius R
h Cylinder thickness Length L=3.7R
Flow direction R
24 T-shape stringers equally spaced Stringers cross section Astringers 0.4 Skin cross section Askin-width
环控系统噪声
环控系统: 重要的内部噪声源 预测噪声源- Actran AeroAcoustics
预测并且降低管道的被动声传播，优化管道形状
研究目标
声波在环控管道内传播，管壁使用复合 材料；
诸多因素影响管道的声学性能
▪ 截面形状 ▪ 固定装置 ▪ 管壁的材料属性、厚度
ACTRAN 可以研究以上所有因素
ACTRAN特性 支持复合材料
复合材料
Mean 1/3 octave
加强筋 & 框效应
铝蒙皮, 观察窗, 加强筋, 框和空腔:
ACTRAN 特性 支持加强筋结构
框
加强筋
Mean 1/3 octave
框 加强筋
地板效应
铝蒙皮, 观察窗, 加强筋, 框, 地板 和空腔:
Mean 1/3 octave 地板导致的声场不连续性
ACTRAN 特性
非常低的内存需求，非
常快的求解速度。始终
▪ 频率范围: 10Hz ~ 1500Hz, 100个频率 在进步！！！
ACTRAN 特性
支持并行计算，支持不 同系统
▪ 内存: 2 GB
▪ 时间: 2.5 小时 ( ≈ 1.5 分钟/频率)
▪ 电脑: Intel Xeon 5160, Linux 系统
风扇噪声
空调管道
与实验结果比较
ACTRAN TM
唯一模拟飞机发动机以及其他涡轮机械噪声的工具 特性:
▪ 以管道模态方式定义声学激励 ▪ 非均质背景流下声音的传播 ▪ 精确模拟声衬
客户: Airbus, Rolls-Royce, SNECMA, General Electric, MTU, Honeywell, Liebherr, Turbomeca, Aermacchi, ...
aluminum air
layer 1 layer 2 layer 3
机身壁板& 驾驶舱声透射
Actran 有限元模型可以考虑:
真实的形状 & 结构非均质效应
▪ 变厚度的结构 ▪ 多层结构的观察窗 ▪ 玻璃棉(Biot 模型) ▪ 框 & 加强筋 ▪ 地板 ▪ 附加质量
激励类型效应
▪ 扩散声场 ▪ 湍流边界层(Corcos) ▪ 发动机结构传递激励
ACTRAN Acoustics
ACTRAN VI
ACTRAN Acoustics
声学仿真工具
典型应用
▪ 管道中声传播 ▪ 声波遇到障碍物的衍射 ▪ 振动结构的声辐射
作为其他ACTRAN高级模块的基础
▪ ACTRAN VibroAcoustics ▪ ACTRAN AeroAcoustics ▪ ACTRAN TM
FFTACTRAN在航空工业的应用
内容
Free Field Technologies 与ACTRAN 软件介绍
飞机内部声学问题
飞机外部声学问题
▪ ACTRAN TM ▪ ACTRAN DGM
Free Field Technologies
1998，由Dr. Jean-Pierre Coyette、Dr. Jean-Louis Migeot创立 总部在比利时布鲁塞尔，法国图卢兹、日本东京设有分部 1999-2001，雷诺, 标志, 菲亚特, 通用汽车, 空中客车, 壳牌石油, 德
ACTRAN for NASTRAN
从白车身到添加内饰材料整车模型的声学仿真工具 与 Nastran 完全兼容 应用于分阶段的研发进程 满足计算精确性要求的同时，极大地提高求解速度 客户: Ford, Nissan, MMC, Rieter, ...
Trim is everywhere
Superlement coupling
ACTRAN vs. 解析方法软件
Paper “An enhanced modal approach for random vibro-acoustics”, ISMA Conference 2008
实验验证
Delta NR ：加强筋效果
Delta NR (dB)
20 15 10
5 0 -5 -10 -15 -20 100
FRF Display Tool
内容
Free Field Technologies 与ACTRAN 软件介绍
飞机内部声学问题
飞机外部声学问题
▪ ACTRAN TM ▪ ACTRAN DGM
ACTRAN VibroAcoustics for Aircraft
飞机内部振动声学问题
飞机噪声– 主要声源
航空发动机噪声到高性能计算以及产品的声学设计等。
Locations
Some Aerospace Customers
The ACTRAN software suite
ACTRAN for NASTRAN
ACTRAN DGM
ACTRAN Vibro-Acoustics ACTRAN Aero-Acoustics ACTRAN TM
真实的激励方式:
▪ 声学，运动学与动态激励 ▪ 湍流边界层 ▪ 扩散声场
高性能求解器与并行处理
扬声器
侧窗声传递
壳体辐射噪声
ACTRAN AeroAcoustics
宽带流致噪声仿真工具 (湍流噪声) 特性
▪ 支持大多数的CFD软件 ▪ Lighthill声类比：针对低马赫数、均质流 ▪ Morhing声类比：针对高马赫数、非均质流 ▪ 提供积分插值法
结果 1
能量守恒– 横截面形状的影响
偏心度最大的管道，其声衰减最多 !!
结果 2
能量守恒– 固定装置的影响
管道固定位置越多, 声衰减越大!!
内容
Free Field Technologies 与ACTRAN 软件介绍
飞机内部声学问题
飞机外部声学问题
ACTRAN TM ACTRAN DGM