Improved acoustical properties of launcher fairings
Improved acoustical properties of launcher fairings
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
Improved acoustical properties of launcher fairings Projektet slutförs juni 2015 Experimentell del avslutad Numerisk del påbörjad
Bakgrund Raketuppskjutning Extremt höga ljudtryck på noskåpan skapade av raketens egna motorer
Bakgrund Raketuppskjutning Extremt höga ljudtryck skapade av raketens egna motorer
Bakgrund De höga ljudtrycken orsakar kraftiga vibrationer på lasten
Bakgrund Ljudtryck och resulterande vibrationer hos lasten bestäms av kåpkontruktionens akustiska egenskaper
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
Bakgrund Kåppanel
Bakgrund Sandwichpanel Kärna, honeycomb, aluminium Laminat, kolfiberlaminat Ytlager: kork + metallfolie
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
Mål Att på konceptnivå utveckla nya kåpstrukturer med bättre akustiskt prestanda bättre ljudisolering bättre ljudabsorption
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
Metod Experimentell karaktärisering av befintlig konstruktion validering av nya koncept Numerisk modellering design och optimering av nya koncept
Experiment Befintliga paneler har karaktäriserats map Styvhet och dämpning Vibrationsmönster Ljudutstrålning Ljudtransmission
Experiment Punktmobilitet kraftgivare och accelerometer styvhet och dämpning
Experiment Punktmobilitet svagt dämpad vid låga frekvenser högre dämpning vid högre frekvenser typiskt "sandwich" beteende
Experiment Vibrationsmönster kraftgivare och laser dopplervibrometer modalanalys (Poly-MAX)
Experiment Vibrationsmönster kopplingarna mellan paneler kan modeleras som stela
Experiment Panelernas strålningsfaktor Mätt i efterklangsrum vibrationer med laser-dopplervibrometer efterklang och ljudtryck med mikrofoner
Experiment Panelernas strålningsfaktor Kritisk frekvens 600-800 Hz
Experiment Panelernas ljudisolering Mätt i transmissionslaboratorium
Experiment Panelernas ljudisolering följer masslagen
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
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
Numerisk modellering: WFEM Koordinatsystem r radiell koordinat x axiell koordinat fi vinkel som ger position i omkretsen x
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
Numerisk modellering: WFEM Rörelseekvationen Allmän lösning för vågor som utbreder sig längs omkretsen Linjärt egenvärdesproblem varje polär ordning n ger egenfrekvenser och egenvektorer
Numerisk modellering: WFEM Modell med bara kåpan skalelement
Numerisk modellering: WFEM Modell med kåpa och luftkavitet skalelement volymelement Under validering
Numerisk modellering: WFEM Typiska resultat: Mobilitet
Numerisk modellering: WFEM Typiska resultat: Egenvärden polar order
Numerisk modellering: WFEM Typiska resultat: Egenvektorer
Numerisk modellering: WFEM Typiska resultat: Vågtyper och vågutbredningshastigheter exempel: lastbilsdäck
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
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
Tack för visat intresse! För mer information: patrik.andersson@chalmers.se 031-772 2202 www.chalmers.se, sök: Patrik Andersson