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Dynamics >>20
CFD
eliminates unpleasant sunroof noise
Anders Tenstam, Epsilon HighTech
Engineering AB, on assignment by SAAB Automobile AB, Sweden
Buffeting
Noise는 차량의 Sunroof나 Side-window의 열려진 틈에서 나타나는 문제입니다.
이는 상당한 강도의 저주파수(10~15Hz) 소음으로 특징지어지며, 장시간을
유지하게 되면 피곤하고 심지어 위험할 수도 있습니다. SAAB Automobile에서
STAR-CD는 열린 Sunroof와 같은 상황에서 나타나는 현상을 표현하는데
적합한 도구입니다.
Aeroacoustics는 Aerodynamic Source로부터
발산되는 음향을 다루는 학문입니다. 일반적으로 난류유동에서 발생하는
광대역 음원 혹은 고체 표면에 작용하는 유체의 불안정성으로부터 발생하는
협대역 음원이 있습니다. 또한 Sunroof의 Buffeting Noise의 요인이
되는 발생 메커니즘을 포함합니다.
Buffeting Noise의 근원은
스쳐지나가는 유동에 영향을 받는 공동의 입구에 형성되는 Shear-Layer의
불안정성입니다. 여기서 생성된 Shear-Layer Vortex들은 입구 아랫방향으로
대류하면서 Rear Edge를 때리게 됩니다. 그리고 Voltex가 깨질때 공동
안으로 들어가는 압력파가 생성됩니다. 특정 속도에서 Shear-Layer에서의
Vortex Shedding 주파수는 공동의 음향 모드와 일치하게 됩니다. 종종
많은 관악기(예를 들어 플룻)에서 공명은 정상파의 형태입니다. 자동차의
공동에서 공명은 Helmholtz 모드의 형태이고 정상파의 특별한 경우이지만
명백히 저주파수의 형태입니다. 이것은 병의 입구에 공기를 불어넣을
때 발생하는 소리와 같은 메카니즘을 가지고 있습니다. 이것이 공명체
내부에 있는 운전자나 승객들이 큰 소음을 듣게 되는 이유입니다.
결론적으로 이 시뮬레이션이 반드시 나타내어야 할 것은 Vortex의 생성, Shear Layer에서의 수송, 차 내부에서의 공기의 압축성, 두개의 지배적인 Time Scale 사이에서의 다음 공명등이다. STAR-CD를 사용하였고, 해석방법은 SAAB Automobile에서 개발되었으며 적절히 기록된 벤치마크 형상을 사용하여 해석을 수행하였습니다. 해석결과 공명주파수와 음압 레벨은 시뮬레이션과 실제 측정결과가 잘 맞는 것으로 나타났습니다. 실제 차의 형상(SAAB 93 스포츠 세단)에 적용한 해석결과는 역시 시뮬레이션과 실제 값이 잘 들어맞는 것으로 나타났습니다.
시뮬레이션은 두개의 다른 형상의 Sunroof를 열어놓은 상태에서 수행되었습니다. 하나는 실제로 발생된 것으로 알려진(인위적 상황) 문제에서의 그것이고, 다른 하나는 신차 프로젝트 동안에 개발되었던 SAAB의 그것입니다. 중요한 결론은 두개의 다른 형상 사이의 차이점이 시뮬레이션에서도 관찰되었다는 것입니다. 앞으로의 프로젝트에서 SAAB는 STAR-CD를 사용하여 비싼 시제품을 만들기 전에 Buffet 문제를 예측할 수 있는 강력한 방법론을 가지게 될 것입니다.
Vortex location and periodic history downstream Vorticity
contours in symmetry plane. The fundamental difference in behavior
can be visualized in the simulations
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