C04: Schwingungs- und vibroakustisches Design für zukünftige integrierte Antriebssysteme

Disziplin Akustik

Im Projekt C04 wird die Entwicklung einer effizienten, genauen und prädiktiven Simulationsmethode verfolgt, die eine detaillierte Untersuchung der Auswirkungen struktureller Nichtlinearitätsquellen auf den Kabinenlärm in zukünftigen hochintegrierten Flugzeugen ermöglicht. Die strukturellen Übertragungspfade von Schwingungen und Lärm in Flugzeugen bestehen aus vielen Komponenten, die z.B. über Nieten und Bolzen mechanisch verbunden sind. Es ist bekannt, dass solche mechanischen Verbindungen zu einer signifikanten Schwingungsamplitudenabhängigkeit der effektiven Steifigkeit und Dämpfung an den Bauteilschnittstellen führen, insbesondere bei erhöhten Schwingungsdynamiken zukünftiger Flugzeugkonstruktionen. Die „Harmonic Balance Method“ ist in der Lage, Vorhersagen für solche Fälle zu liefern, ist aber sehr rechenaufwändig, wenn sie für akustische Zwecke verwendet wird. Um diesen Herausforderungen Rechnung zu tragen, wird eine Berechnungsmethode entwickelt, die die „Harmonic Balance Method“ mit Ideen aus der Multi-Fidelity-Modellierung kombiniert und sich besonders für die Vorhersage von akustischen Größen eignet.

Motivation

Wie wird der von Menschen wahrgenommene Kabinenlärm von nichtlinearen strukturellen Schwingungen beeinflusst und wie können diese Effekte genau und effizient vorhergesagt werden?

  • Der Übertragungsweg von körpergetragenem Schall ist im Wesentlichen nichtlinear.
  • Die effektive Gestaltung von Übertragungswegen für körpergetragenen Schall ist nur unter Berücksichtigung struktureller Nichtlinearitätsmechanismen möglich.
  • Körpergetragener tonaler Lärm ist besonders störend für die Passagiere.

Ziel

Das Ziel des vorgeschlagenen Projekts ist es, die vorhersagende Bewertung von Kabinenlärm zu ermöglichen, wobei besonders auf das nichtlineare Verhalten des Übertragungswegs geachtet wird.

  • Wir entwickeln eine hoch effiziente Berechnungsmethode für nichtlineare Vibro-Akustikanalysen mit Schwerpunkt auf tonalem Lärm.
  • Wir bewerten ihre Nützlichkeit für das akustische Übertragungsbahndesign.
  • Wir validieren die Vorhersagen experimentell an einem akademischen Prüfstand.

Lösungsansatz

Das Projekt beginnt mit der Definition des Referenzsystems, das darauf abzielt, ein akademisches Benchmark-System zu entwickeln, das einen nichtlinearen strukturellen Übertragungspfad repräsentiert.
Anschließend wird die Entwicklung von Berechnungsmethoden durchgeführt, bei der der Schwerpunkt auf der Kontrolle der Genauigkeit und Effizienz der Vorhersage nichtlinearer Vibrationen durch einstellbare Genauigkeit in der Formulierung des Berechnungsproblems liegt.
Das Projekt umfasst auch die Entwicklung von Vibro-Akustik-Verfeinerungskriterien für das Multi-Fidelity HBM, bei der spezifische Kriterien basierend auf dem Wissen über die menschliche Wahrnehmung von Geräuschen entwickelt werden, um den Berechnungsaufwand und die Genauigkeit der Vorhersagen nichtlinearer Vibrationen zu steuern.
Zusätzlich beinhaltet das Projekt die Bewertung dynamischer Lasten aus instabilen Propellerdruckverteilungen, bei der wesentliche Lastmerkmale abgeleitet werden, die für die Vorhersagebewertung verwendet werden.
Die Bewertung numerischer Methoden zielt darauf ab, die Bedeutung der Nichtlinearität für die wahrgenommene körperschallbedingte Geräuschbelastung in der Kabine und deren Anwendbarkeit auf Systeme nahe der Anwendung zu bewerten.
Schließlich wird eine experimentelle Validierung durchgeführt, um die Genauigkeit der entwickelten Methode anhand eines akademischen Testständers experimentell zu validieren.

Rolle in SynTrac

  • Detaillierte FE-Modelle der strukturübertragenen Geräuschübertragungswege von B06
  • Repräsentative dynamische Lastcharakteristiken, abgeleitet in Zusammenarbeit mit B02
  • Ergebnisse und numerische Methoden werden an B05 geliefert, um Kabinenlärmvorhersagen unter Berücksichtigung struktureller Nichtlinearität vorzubereiten.

An "C04: Schwingungs- und vibroakustisches Design für zukünftige integrierte Antriebssysteme" beteiligte Personen