Die akustische Bewertung von Primärstrukturen spielt im Flugzeugbau bisher eine nur untergeordnete Rolle. So ist es heute noch gängige Praxis, die akustischen Eigenschaften der Rumpfstruktur erst nach der Fertigstellung eines Prototyps oder gar erst nach dem Erstflug zu optimieren. Da das Design der Primärstruktur in dieser Phase bereits eingefroren ist, sind konstruktive Maßnahmen zur Schallreduktion kaum noch umsetzbar. Im Rahmen dieser Arbeit werden verschiedene Methoden zur Bestimmung des Schalldämmmaßes für beliebige mehrschichtige, anisotrope Strukturen bei unterschiedlichen Arten der Anregung entwickelt. Dabei beschränkt sich die Betrachtung primär auf Rumpfstrukturen mit zylindrischem Querschnitt. Die vorgestellten Verfahren können jedoch ohne Weiteres auch auf andere Strukturbauteile im Flugzeugbau oder in jeden anderen Technologiebereichen mit ähnlichen Anforderungen an die Akustik übertragen werden. Im ersten Teil der Arbeit werden die dynamischen Eigenschaften der Rumpfstruktur untersucht. Aufbauend auf dem Hamiltonschen Prinzip können das Schwingverhalten der Struktur sowie die dazugehörigen Eigenfrequenzen analytisch angegeben werden. Hieraus lassen sich erste Schlussfolgerungen hinsichtlich der akustischen Eigenschaften der untersuchten Strukturen ziehen. Es zeigt sich, dass neben den Struktureigenschaften (Material, Geometrie, Versteifungselemente, usw.) die Einspannbedingungen bei der Berechnung einen wesentlichen Einfluss haben. Im zweiten Schritt wird die Anregung der Struktur mit Hilfe von statistischen Größen berücksichtigt. Dabei spielt die Art der Anregung eine entscheidende Rolle (Wellenfront, Diffusfeldanregung oder Anregung durch turbulente Grenzschicht). Ausgehend von der Eingangsleistung der Anregung und der durch die Struktur übermittelten Leistung kann ein logarithmischer Koeffizient - das Schalldämmmaß - bestimmt werden, welcher die Qualität der Struktur in Bezug auf die Akustik beschreibt. Die Besonderheit des entwickelten Verfahrens besteht in der Kopplung der analytischen Beschreibung der Bewegungsgleichung mit verschiedenen statistischen Anregungsformen. Diese Verknüpfung wird anhand einer Joint-Acceptance-Funktion im Wellenzahlraum realisiert und ermöglicht neben der Diffusfeldanregung auch die Implementierung verschiedenster Turbulenzmodelle. Je nach vorliegendem Problem kann somit für die Berechnungen immer die geeignetste Randbedingung ausgewählt werden.
Up to now in aerospace industry the assessment of acoustic properties of primary structural parts plays a secondary role only. Today it is still a common practice to evaluate and optimize the acoustic properties after prototypicalassembly or even after first flight. Since at this stage the design is already freezed, structural changes for interior noise reduction become almost impossible. In this thesis, different tools are presented for the determination of the transmission loss in multilayered, anisotropic structures subjected to different types of excitation. While the focus is mainly on cylindrical fuselages, the developed models can also be applied to any kind of structural parts in aerospace or other industries. In the first part of this work the dynamical characteristics of a fuselage are investigated. Based on Hamilton's Principle the oscillating behaviour of the structure as weIl as the natural frequencies are determined analytically. This allows for a primary evaluation of the acoustic performance of the structure. It will be shown that besides the structural properties (material, geometry, stiffeners, etc.) the calculations depend mainly on the boundary conditions (kind of support). In the second part the excitation of the structure is taken into consideration by means of statistical methods. Here, the most important aspect is the kind of excitation (wave front, diffuse field excitation or excitation by a turbulent boundary layer). Based on the input caused by the excitation and the noise transmitted through the structure, a logarithmic coefficient - he referred to as transmission loss - can be determined. This coefficient characterizes the performance of the structure concerning the acoustic properties. The paramount feature of the developed tools is the coupling of an analytical description of the equation of motion with a statistical description of different kinds of excitation. This link is accomplished by a Joint Acceptance Function. Due to this efficient coupling, additionally to diffuse field excitation any kind of turbulence model can be easily implemented. Therefore, depending on the underlying problem the most realistic boundary condition (respective to excitation) can be chosen.
Akustik mehrschichtiger Strukturen : Beitrag zur akustischen Auslegung von anisotropen mehrschichtigen Strukturen
2009
155 Seiten, Bilder, Tabellen, 45 Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
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