航空噪声模拟案例

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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)
The ACTRAN software suite
ACTRAN for NASTRAN ACTRAN DGM
ACTRAN Vibro-Acoustics
ACTRAN Aero-Acoustics
ACTRAN TM
ACTRAN Acoustics ACTRAN VI 6
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ACTRAN 特性 非常低的内存需求，非 常快的求解速度。始终 在进步！！！ ACTRAN 特性 支持并行计算，支持不 同系统
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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
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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
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复合材料 vs. 铝
复合材料vs 铝蒙皮:
stiffeners
aluminum
layer 1 layer 2
air layer 3 18
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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
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机噪声 发动机关闭后，APU噪声
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Actran, the Appropriate Software for …
气动声学: 发动机噪声级指向性
General Electric, MTU, Honeywell, Liebherr, Turbomeca, Aermacchi, ...
© Aermacchi
© Airbus
© Airbus
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ACTRAN/DGM
目标：求解涡轮发动机的排气噪声
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
Mean 1/3 octave
玻璃棉
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计算统计
计算统计:
自由度: 153,861 频率范围: 10Hz ~ 1500Hz, 100个频率 内存: 2 GB 时间: 2.5 小时 ( ≈ 1.5 分钟/频率) 电脑: Intel Xeon 5160, Linux 系统
地板效应
铝蒙皮, 观察窗, 加强筋, 框, 地板 和空腔:
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
Mean 1/3 octave
地板导致的声场不连续性
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Thin shell elements 5.4 m
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声波传递入舱内- 1
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)
风扇噪声
空调管道
与实验结果比较
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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,
Advanced post-processing
FRF Display Tool
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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
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
气动 / 振动-声学: 辅助设备噪声(环控 系统& APU)
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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
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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
FFT-海基盛元
ACTRAN在航空工业的应用
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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
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ACTRAN特性 支持复合材料
复合材料
Mean 1/3 octave
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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 26
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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
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
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ACTRAN for NASTRAN
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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
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、
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 国Lloyd船级社等十一家大型企业，共同资助FFT开发ACTRAN软件
航空发动机噪声到高性能计算以及产品的声学设计等。
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Locations
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Some Aerospace Customers
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stiffeners
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
aluminum air
layer 1 layer 2 layer 3
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案例: 机身壁板声学分析
Application Review
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ACTRAN 特性 支持不同流体网格: TRIA, PENTA, HEXA, PYRA Various fluid elements ACTRAN 特性 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 23
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
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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、ຫໍສະໝຸດ Baidu质流 Morhing声类比：针对高马赫数、非均质流 提供积分插值法
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
消声器 环控系统 齿轮箱声辐射
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 From BIW to trimmed body
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ACTRAN VibroAcoustics for Aircraft
飞机内部振动声学问题
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飞机噪声– 主要声源
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