Improved acoustical properties of launcher fairings

Transkript

1 Improved acoustical properties of launcher fairings

2 Improved acoustical properties of launcher fairings

3 Improved acoustical properties of launcher fairings Teknisk akustik, Chalmers Docent Patrik Andersson Prof. Wolfgang Kropp Lars Hansson, Doktorand Omar Cossio Gonzales, Mastersstudent RUAG Schweiz AG, RUAG Space Nicholas Eaton, Senior Systems Engineer RUAG Space AB, Göteborg, Sweden Annalena Johansson, Director, Marketing and Sales

4 Improved acoustical properties of launcher fairings Projektet slutförs juni 2015 Experimentell del avslutad Numerisk del påbörjad

5 Bakgrund Raketuppskjutning Extremt höga ljudtryck på noskåpan skapade av raketens egna motorer

6 Bakgrund Raketuppskjutning Extremt höga ljudtryck skapade av raketens egna motorer

7 Bakgrund De höga ljudtrycken orsakar kraftiga vibrationer på lasten

8 Bakgrund Ljudtryck och resulterande vibrationer hos lasten bestäms av kåpkontruktionens akustiska egenskaper

9 Bakgrund Noskåpans akustiska egenskaper är nyckelegenskaper för raketens potentiella kunder lastens volym lastens massa lastens dimensionering map vibrationer Direkt påverkan på raketens och lastens ekonomi

10 Bakgrund Kåppanel

11 Bakgrund Sandwichpanel Kärna, honeycomb, aluminium Laminat, kolfiberlaminat Ytlager: kork + metallfolie

12 Bakgrund Kåppanelerna är idag lätta, styva och svagt dämpade lätta pga bränsle- och lastekonomi styva (och svagt dämpade) pga stora yttre laster Bra akustiska paneler är typiskt tunga mjuka starkt dämpade

13 Mål Att på konceptnivå utveckla nya kåpstrukturer med bättre akustiskt prestanda bättre ljudisolering bättre ljudabsorption

14 Strategi Studera befintliga noskåpors akustiska egenskaper noskåpans egenskaper panelers egenskaper bestämma lämpligt analysverktyg Identifiera metoder som ger noskåpor med bättre akustisk prestanda ej ökad massa, snarare minskad ekonomiskt genomförbart praktiskt genomförbart

15 Metod Experimentell karaktärisering av befintlig konstruktion validering av nya koncept Numerisk modellering design och optimering av nya koncept

16 Experiment Befintliga paneler har karaktäriserats map Styvhet och dämpning Vibrationsmönster Ljudutstrålning Ljudtransmission

17 Experiment Punktmobilitet kraftgivare och accelerometer styvhet och dämpning

18 Experiment Punktmobilitet svagt dämpad vid låga frekvenser högre dämpning vid högre frekvenser typiskt "sandwich" beteende

19 Experiment Vibrationsmönster kraftgivare och laser dopplervibrometer modalanalys (Poly-MAX)

20 Experiment Vibrationsmönster kopplingarna mellan paneler kan modeleras som stela

21 Experiment Panelernas strålningsfaktor Mätt i efterklangsrum vibrationer med laser-dopplervibrometer efterklang och ljudtryck med mikrofoner

22 Experiment Panelernas strålningsfaktor Kritisk frekvens Hz

23 Experiment Panelernas ljudisolering Mätt i transmissionslaboratorium

24 Experiment Panelernas ljudisolering följer masslagen

25 Experiment Noskåpans ljudisolering (mätdata från RUAG) låg vid ringfrekvensen strukturell resonans som kopplar starkt till kaviteten låg vid koincidensfrekvenser våglängd i luft = våglängd i struktur brett frekvensband pga kåpans krökning

26 Numerisk modellering: WFEM Waveguide finite element method (WFEM) utnyttjar rotationssymmetrin vågledare längs omkretsen finita element i tvärsnittet betydligt kortare beräkningstider än FEM information om vågtyper vågutbredningshastigheter x

27 Numerisk modellering: WFEM Koordinatsystem r radiell koordinat x axiell koordinat fi vinkel som ger position i omkretsen x

28 Numerisk modellering: WFEM Förskjutningsfältet separerat i N FE formfunktioner i tvärsnittet deformation av tvärsnittet v vektor med de nodala frihetsgraderna förändringen av denna deformation längs omkretsen

29 Numerisk modellering: WFEM Rörelseekvationen Allmän lösning för vågor som utbreder sig längs omkretsen Linjärt egenvärdesproblem varje polär ordning n ger egenfrekvenser och egenvektorer

30 Numerisk modellering: WFEM Modell med bara kåpan skalelement

31 Numerisk modellering: WFEM Modell med kåpa och luftkavitet skalelement volymelement Under validering

32 Numerisk modellering: WFEM Typiska resultat: Mobilitet

33 Numerisk modellering: WFEM Typiska resultat: Egenvärden polar order

34 Numerisk modellering: WFEM Typiska resultat: Egenvektorer

35 Numerisk modellering: WFEM Typiska resultat: Vågtyper och vågutbredningshastigheter exempel: lastbilsdäck

36 Resultat Vibroakustisk karaktärisering av befintliga paneler Rankning av akustiska effekter av noskåpans detaljer i olika frekvensområden Panelskarvar, ventilationshål, ljudisolering och absorption God förståelse för nuvarande noskåpors och panelers akustiska egenskaper Val av analysverktyg: WFEM

37 Förväntade resultat Förbättrad fördelning av akustiska egenskaper över noskåpan massa, styvhet, dämpning optimering med WFEM Förbättrade sandwichpaneler som möter nya krav för noskåpan design och optimering av paneler tillverkning (RUAG) experimentell validering Projektet slutförs juni 2015

38 Tack för visat intresse! För mer information: sök: Patrik Andersson

39