Actran 案例 | Airbus 優化發動機聲襯，降低飛機噪聲

2016-10-26 by:CAE仿真在線來源:互聯網

空中客車通過進行發動機聲學測試,并將結果與仿真結果對比,驗證了Actran軟件的精確性。Actran是目前唯一能夠精確模擬發動機和短艙中主要聲學物理現象的仿真工具。

噪聲正在成為限制航空行業持續增長的一個主要障礙。越來越多的機場對飛機起飛或降落時不同階段的噪聲指標限制提出了更高的要求。空中客車公司正努力通過采用各種方式降低飛機噪音水平,如改進渦扇發動機短艙上的聲襯設計。空中客車基于MSC公司的Actran聲學仿真軟件開發了一整套發動機降噪仿真系統,極大縮短了聲襯優化設計的工程周期。

挑戰

飛機降噪的重要性

航空噪聲是在當前世界進一步擴展和改進空路交通系統的重大限制之一。交通航路的增容以及機場附近居民數量的增加正在加重航空噪聲對居住社區的沖擊。世界各地的機場已經采取了各項措施應對飛機噪聲問題。渦扇發動機的風扇噪聲,噴流噪聲均是飛機起飛階段最大的噪聲源。空氣對定子葉片的沖擊是另一重要噪聲源。發動機短艙中鋪設的聲襯對控制風扇噪聲起到決定性作用。聲襯的設計極富挑戰,因為聲襯需要面對大量且對立的設計要求。

解決方案
改進聲襯設計
最早的聲襯設計方式基于靜態發動機測試。此種方式成本相當昂貴,而且對設計的評價無法在發動機原型機成型前進行。為解決這一問題,空中客車的工程師們采用了解析分析工具來預測噪聲水平,但是解析解只適用于相當簡化的幾何形狀,因而其效用在模擬真實短艙問題上大打折扣。空中客車長期以來一直在尋找噪聲模擬的精確方法。聲學團隊Suratteau表示:“我們目前使用Actran進行發動機短艙進氣和排氣的聲襯設計,駕駛艙及乘客艙的艙室噪聲設計,環控系統噪聲設計,螺旋槳及對轉螺旋槳噪聲研究。空中客車通過比較仿真結果和發動機實測結果,驗證了Actran的精確性。Actran是目前唯一能夠精確模擬發動機和短艙中主要聲學物理現象的仿真工具。”聲襯組裝時會出現聲襯面間斷。Actran配合其他數值工具可以分析出聲襯間隔對風扇前傳聲的重要影響,而此影響同樣被實驗結果確認。仿真使計算各種發動機運行條件下的輻射聲場以及預測適航條件下的噪聲成為可能。通過數值仿真進行無間斷概念聲襯的設計使大幅度降噪成為可能。

結果與收益
避免成品改型設計的高成本
為了將Actran交付給并非數值仿真專家的聲學工程師使用,空中客車專門開發了一套集成 Actran 軟件的仿真流程。此套流程稱作“針對短艙進口及出口的自動聲襯優化鏈(ANaNax)”。Suratteau表示“ANaNax是我們目前在空中客車的標準短艙設計平臺。Actran幫助空客設計并交付最好的聲學解決方案,且利于飛機輕量化,給運行空客飛機的航空公司帶來了巨大的經濟利益。Actran同時幫助空客降低產品開發成本,避免產品成型之后的設計再變更成本。”在證明了Actran在短艙聲襯設計的價值后,空客目前正在將 Actran 的應用領域推廣到附加能源單元(APU)噪聲,停機坪噪聲,對轉開式槳葉發動機(CROR)的噪聲研究上。

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