한국소음진동공학회 1997년도 춘계학술대회논문집; 경주코오롱호텔; 22-23 May 1997
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pp.649-655
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1997
본 논문은 항공기의 외부소음 중 엔진에 의한 소음의 전방으로의 방사에 대한 연구이다. 우선 엔진소음의 소음원을 살펴보고 주된 소음원인 압축기/팬 소음을 Tyler & Sofrin의 논문에 의해서 모델한 후 FEM을 이용하여 내부 음원에 의한 외부의 방사음압을 해석하였다.
본 논문에서는 노즐 내부 유동의 소음원으로부터 발생되어 방사되는 공력 소음을 정량적으로 분석하였으며, 이를 외부 방사소음 결과와 비교하였다. 세가지 종류의 노즐 형상에 대해 내부 및 외부 유동을 정확히 예측하기 위해 고해상도 수치해석 기법인 비정상 압축성 대와류모사(Large Eddy Simulation, LES) 기법을 사용하였다. 와류소음원(Vortex Sound Source)을 통해 유동소음원을 확인하였으며, 이를 통해 노즐 내부 형상에서 주요 유동소음원의 분포를 확인하였다. 노즐 내부 유동의 와류소음원 레벨과 외부 방사 소음의 예측결과 및 측정결과와 비교하였으며, 이를 통해 정량적 분석을 검증하였다.
본 논문에서는 에어컨 실외기의 내부 소음원에 의한 방사소음의 수준을 예측하기 위한 해석시스템을 구축하였다. 에어컨 실외기를 구성하는 여러 구성품을 내부 모델과 외부 모델로 구분하여 모델링하고, 주요한 소음원에 대한 최소한의 해석을 통하여 에어컨 실외기의 방사소음 수준을 예측하였다. 에어컨 실외기의 주요한 소음원 데이터를 실험을 통하여 계측하고, 이를 소음원 입력값으로 하는 진동해석 및 방사소음해석을 실시하여 구성품별 기여도를 예측 및 내부 구성품에 의한 소음원 데이터를 도출하였다. 해석을 통해 도출된 소음원 데이터를 이용하여 구조-음향 연성해석을 실시하여 방사소음수준을 예측하고, 실험을 통한 계측결과와 비교하였다.
삶의 질적 향상에 대한 소비자의 욕구가 증대되고 환경문제에 대한 관심이 실생활과 밀접한 관계가 있는 자동차에 미치게 되면서, 배기가스 규제 강화와 함께 소음에 대한 소비자의 요구 수준이 점점 높아지고 있다. 자동차의 소음은 일반적으로 주행시 외부로 방사되는 주행소음(pass-by noise)과 승차감에 영향을 미치는 실내소음으로 구분할 수 있는데, 주행시 외부소음은 국내 2002년 법규와 유럽의 법규 등에서 그 규제가 점점 강화되고 있고, 실내소음은 자동차의 상품성을 좌우하는 요소로서 그 중요성이 점점 커지고 있다 각 자동차 생산업체들은 NVH (noise, vibration and harshness) 개선에 많은 관심을 두고 있으며, 특히 주행소음 및 실내소음 전반에 있어 발생요인으로 큰 비중을 차지하고 있는 파워트레인(엔진 및 트랜스미션)에 대한 NVH 개선에 많은 투자를 하고 있다. 최근 개발되고 있는 차세대 자동차 엔진들을 보아도 EU의 2005년 EURO-IV배기가스 규제 및 북미의 SULEV 규제를 만족함과 동시에, 연비 향상과 NVH 향상을 개발 목표로 하고 있음을 알 수 있다.(중략)
스트레인 게이지 브리지와 한개의 진동변위 탐촉자를 이용하여 평판의 근접장에서 음향 인텐시티를 측정하는 방법에 대하여 설명하였다. 또한 구조감쇠의 모델링을 통하여 음향방사파워에 대한 내부손실파워의 비를 나타내는 계수를 정의하여 내부손실파워의 정도를 평가하는 척도로 사용할 수 있음을 설명하였다. 임의의 경계조건을 가지는 평판에서 2개의 마이크로폰과 1개의 가속계를 이용하여 근사적으로 측정된 음향 인텐시티와 본고에서 제시한 방법으로 측정한 음향 인텐시티가 거의 일치함을 보이므로써 제시된 측정방법의 타당성을 검증하였다. 실험에 사용된 계(system)는 일반적인 해석에서 유체부하를 무시할 수 있는 계로 평판내부의 에너지 흐름에 비하여 외부로 방사되는 소음의 에너지 흐름이 매우 작기 때문에 평판내부의 에너지 흐름으로부터 방사되는 소음의 에너지 흐름을 알아내는 것이 매우 어려울 것으로 예상되었으나 본고에 제시된 방법으로 좋은 결과를 얻을 수 있었다. 앞으로 본 방법의 측정 오차에 대한 면밀한 고찰이 있어야 할 것이다. 그리고 평판의 내부손실이 비교적 큰 경우에 본 방법의 실험적으로 검증이 필요할 것이다. 또한 실질적인 문제에 응용되어 얼마만큼 유용한 정보를 제공할 것인가를 살펴보아야 할 것이다.
소음저감 설계기술은 제품의 경쟁력 향상을 위해 일반인이 쉽게 접근할 수 잇는 가전제품, 자동차, 항공기 분야 등에서 많은 연구가 수행되어 왔으며, 최근 소음환경 규제가 강화되고 대형기계의 설치 위치가 주거지역과 가까워지므로 산업용 기계설비의 소음제어에 대한 관심이 점차 증대되고 있다. 특히 디젤 엔진 발전기 세트를 이용해서 전원을 공급하는 산업용 기계에 있어서는 디젤 엔진과 발전기가 주소음원이며, 크게 기계적 소음, 공기 역학적 소음, 그리고 전자기 소음 등으로 분류된다. 본 연구는 이러한 소음을 발생시키는 엔진(Engine), 발전기(Generator), 방열팬(Radiator Fan) 등의 성능을 개선시켜 소음을 감소시키는 것이 아니라, 외부 덮개(Canopy)에 흡음재를 부착하여 소음저감 방법을 채택했다. 연구대상으로서는 항만에서 컨테이너(Container)를 운송하는 이동용 크레인(Transfer Crane)의 엔진 발전기 세트(set)로서, 각 구성품(엔진, 발전기, 방열 팬)의 음향 덮개의 내부구조를 설계하였다. 그리고 덮개 내부 온도를 일정하게 유지시키기 위하여 엔진에서 방사하는 방열공기와 내부로 흡입되는 냉각공기의 열유동장 해석도 병행하였다.
국내 화장실 양변기의 배수 및 세정소음에 관한 실험실 측정결과를 소개하고자 한다. 1989년 대한주택공사에서 조사한 설문조사에 의하면 공동주택에서 외부로부터 들리는 소음에 대한 불만을 조사한 결과, 바닥충격음, 급배수설비 소음, 그리고, 공기전달음의 순으로 나타났다. 이와 같이 급배수시 발생소음은 공동주택 입주자의 주요한 민원중의 하나이다. 급배수설비 소음은 유체의 유동에 의하여 발생하며, 직접 공기중을 전파하여 가는 “공기전달음”과 배관지지 재료 및 구조체 등을 통해 재차 공기중을 전파하여가는 “고체전달음” 으로 구분된다. 여기서 “공기전달음”이란 실내에서 발생한 소리가 구조체를 진동하고 구조체는 인접실의 구조체 주변의 공기를 진동하여 소리가 방사되거나 또는 인접실간에 열려 있는 통로를 거쳐 전달되는 소음을 말하고 “고체전달음”이란 음원이 접하고 있는 건물구조체를 통하여 진동의 형태로 전달되는 소음을 일컫는다. 공동주택에서 배수관은 아래층 천장배관에 해당되므로 배수관에서 발생하는 소음은 아래층으로 직접 전달된다. 이러한 배수설비 소음은 배관재의 종류, 배관스페이스의 구조 및 위치 등에 따라 소음레벨이 달라지게 된다.(중략)
기술 발전에 힘입어 고속열차의 운항속도는 증가하고 있으며, 고속열차 외부 유동장으로부터 발생하는 공력소음은 설계 단계에서 매우 중요한 고려 대상이 되어왔다. 이러한 고속열차의 유동기인소음을 정확하게 예측하기 위해서는 근거리 음향장에서 고해상도의 음원 발생과 원거리 음향장에서 수치적 소산이 적은 소음 전파가 요구된다. 이는 실제 고속열차의 구성요소 별로 시공간 스케일을 모두 적절하게 고려할 수 있는 수치격자 및 시간해상도가 동반되어야 한다. 이러한 도전점을 극복하기 위해, 본 연구는 실제 크기 및 실제 운행속도의 고속열차 5차량의 외부 유동장 및 음향장을 3차원 압축성 대와류모사(Large Eddy Simulation, LES) 기법을 이용하여 동시 계산하였다. 수치해석의 검증을 위해 벽면압력섭동 측정 결과와 수치해석 결과를 비교하였다. Ffowcs Williams and Hawkings 방정식을 이용하여 고속열차로부터 방사되는 음향파워를 예측하고 주행속도간 결과를 비교분석하였다. 본 연구는 고속열차의 공력소음 발생 메커니즘 분석을 바탕으로 한 소음 저감에 기여할 것으로 사료된다.
BAZOOKA SPEAKER에 대한 음향특성연구와 중저음 특성강화를 위한 설계인자 변경해석을 위하여 유한요소법과 경계요소법을 사용한 수치해석을 수행하였고, 그 해석결과의 검증과 흡음물성치 산출을 위하여 음향측정실험, 구조물의 동특성실험등을 실시하였다. 연구결과, 내부공간의 음향모드특성, 외부음장에서의 주파수응답특성, 방사패턴, 그리고 음압의 공간 분포특성과 구조물의 동특성을 명확히 규명하였고, 각 음향설계인자 변경에 따른 음향특성을 예측하여 중저음특성강화를 위한 방안을 수립하였다.
원심팬 날개 깃에서 발생한 와류와 원심팬 볼루트 사이의 상호작용은 원심팬의 주요한 소음원으로 알려져 있다. 본 연구에서는 저소음 설계의 기초 자료로 활용하기 위하여 원심팬의 주요한 소음원 영역으로 고려되는 원심팬 볼루트 영역을 세분화하여 볼루트 영역내의 상대적 기여도를 분석한다. 주요한 소음원으로부터 방사되는 소음을 예측하기 위해 내부 음장용 복합 전산공력음향학(CAA, Computational Aero-Acoustics) 방법을 사용한다. 이 방법은 전산유체역학(CFD, Computational Fluid Dynamics)과 음향상사법(Acoustic Analogy), 그리고 경계요소법(BEM, Boundary Element Method)을 사용하여 원심팬 내부 유동장으로부터 방사한 소음을 원심팬 외부 음향장에서 예측하는 방법이다. 복합 CAA 방법을 이용한 원심팬 볼루트 영역내의 소음원의 상대적 기여도 분석은 컷-오프영역으로부터 출구영역보다 컷-오프영역으로부터 원심팬 스크롤영역이 전체 소음에 대한 기여도가 높고, 날개 깃의 쉬라우드 영역보다 허브 영역이 전체 소음에 대한 기여도가 높다는 것을 보여준다. 이러한 결과는 향후 저소음 원심팬 개발을 위한 유용한 자료로 활용될 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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