Vibro-acoustic design of an aircraft-type active window. Part 1. Dynamic modelling and experimental validation

• Autorzy: Dimino I. , Vigliotti A. , Aliabadi M. H. F. , Concilio A.

Warianty tytułu

PL

Projekt profilu wibroakustycznego aktywnego okna lotniczego. Cz.1. Modelowanie dynamiczne i weryfikacja doświadczalna

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Recent investigations show that active noise control methods can improve noise reduction capabilities of aircraft-type windows in the low-frequency region. Being a privileged path for external noise transmission and one of the main causes of high interior noise levels in a treated aircraft, a proper design of the aircraft window can significantly contribute to the reduction of cabin noise levels with a minimum impact on the aircraft mass and performances. This is the first part of two companion papers. In this paper (Part 1), the vibro-acoustic design of a triple-pane aircraft-type window prototype is presented. Numerical and experimental activities addressing the structural dynamics and the actuation performances are described in detail. The effectiveness of the piezo-stack actuators in the excitation of the flexural bending modes of the structure by means of adaptive in-plane and eccentric dynamic forces is experimentally investigated. An experimental modal analysis is carried out to determine both single partition and coupled fluid-structure modal frequencies used to validate the finite element model. For the purpose of estimating the sound radiation characteristics of the window prototype, a numerical procedure coupling boundary and finite element methods will be detailed in the second part of this paper (Part 2) to solve the coupled acoustic-structure problem in the exterior acoustic domain.

PL

Ostatnio przeprowadzone badania pokazały, że skuteczność aktywnych metod redukcji hałasu stosowanych w oknach montowanych w samolotach można podnieść w zakresie niskich częstości. Wobec szczególnie korzystnych warunków transmisji zewnętrznego hałasu w samolocie i jego wysokiego poziomu, odpowiedni projekt okna lotniczego może znacząco przyczynić się do ograniczenia hałasu w kabinie, przy minimalnej ingerencji w masę i osiągi samolotu. Prezentowany artykuł stanowi pierwszą część podwójnej publikacji na omawiany temat. W tej części opisano projekt profilu wibroakustycznego prototypu trójszybowego okna lotniczego. Bardzo szczegółowo przedstawiono numeryczne i doświadczalne aspekty badań mających na celu określenie dynamiki układu oraz wydolności aktywnego sterowania. Stosując adaptacyjny, płaski i mimośrodowy układ przykładanych sił, przeprowadzono badania eksperymentalne nad skutecznością piezoelektrycznych elementów wykonawczych w tłumieniu giętych postaci drgań okna. Dla weryfikacji modelu elementów skończonych dokonano także doświadczalnej analizy modalnej, co pozwoliło na wyznaczenie częstości własnych pojedynczej struktury oraz układu ze sprzężeniem poprzez oddziaływanie z płynem.Wczęści drugiej oszacowane zostaną charakterystyki radiacji dźwięku w prototypie okna. W tym celu użyta będzie procedura łącząca metodę elementów brzegowych i skończonych, która umożliwi rozwiązanie sprzężonego, akustyczno-strukturalnego problemu emisji hałasu w zewnętrznym obszarze akustycznym.

Słowa kluczowe

EN

structural acoustics; piezoelectric actuation; passenger comfort

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 50 nr 1
• Strony: 169--192
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Dimino I.

autor

Vigliotti A.

autor

Aliabadi M. H. F.

autor

Concilio A.

• CIRA, The Italian Aerospace Research Centre, Vibro-Acoustics and Smart Structures Laboratory, Capua, Italy and PhD Student at Imperial College London, Department of Aeronautics, London, Great Britain,

Bibliografia

• 1. Bein T., Doll T., Kurtze L., 2007, Active facades to reduce noise emissions, Intelligent Glass Solutions, 3, 41-44
• 2. Bos J., Herold S., Heuss O., Kauba M., Mayer D., 2009, Active control of the sound transmission through a double-glazing window, Proceedings NAG/DAGA 2009, Rotterdam, 1224-1227
• 3. Buehrle R., Gibbs G., Klos J., 2004, Damped windows for aircraft interior noise control, NOISE-CON 2004
• 4. Buehrle R., Gibbs G., Klos J., Mazur M., 2003, Modeling and validation of damped plexiglas windows for noise control, NASA Technical Report, Document ID: 20040085762
• 5. Buehrle R., Gibbs G., Klos J., Sherilyn A., 2002, Noise transmission characteristics of damped plexiglas windows, NASA Langley Research Center, 8th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference
• 6. Crawley E.F., de Luis J., 1987, Use of piezoelectric actuators as elements of intelligent structures, AIAA Journal, 25, 10, 1373-1385
• 7. David J.M., Guillaumie L., 2000, Vibration and internal noise prediction of an aircraft fuselage in the low and medium frequency ranges, ISMA 25 Conference, Leuven, Belgium
• 8. De Grassi M., Naticchia B., Carbonari A., 2007, Design and development of an active controlled window with high sound transmission loss, 24th International Synposium on Automation and Robotics in Construction (ISARC 2007)
• 9. Dimino I., Concilio A., Aliabadi M.H., Pierr`e A., 2010a, A feedforward control system for the active noise control of a triple-pane aircraft-type window, 17th International Congress on Sound and Vibration, ICSV17 2010, Cairo Egypt
• 10. Dimino I., Concilio A., Aliabadi M.H., Pierr`e A., 2010b, Active noise control using DSP: experimental activities on advanced aircraft windows, 21st International Conference on Adaptive Structures and Technologies (ICAST 2010), Penn State University, Pennsylvania
• 11. Dimino I., Concilio A., Aliabadi M.H., Pierr`e A., 2010c, Modeling of an active interior noise control system for advanced aircraft windows, Submitted to AIAA Journal of Aircraft
• 12. Grosveld F.W., 1988, Acoustic transmissibility of advanced turboprop aircraft windows, Journal of Aircraft, 25, 8
• 13. Guillaumie L., David J.M., Voisin-Grall O., 2000, Internal fuselage noise: comparison of computations and tests on a Falcon airframe, J. Aerospace Science and Technology, 4, 8, 545-554
• 14. Hald J., Mørkholt J., Hardy P., Trentin D., Bach-Andersen M., Keith G., 2008, Array Based Measurement of Radiated and Absorbed Sound intensity Components, Dissemination of the CREDO project, “Cabin noise Reduction by Experimental and numerical Design Optimization”, Acoustics
• 15. Hambric S.A., Fahnline J.B., Kankey A.T., Koopmann G.H., 2006, Proposed piezoceramic excitation for translational and rotational mobility measurements, Noise Control Engineering Journal, 54, 4
• 16. Hayden R.E., Murray B.S., Theobald M.A., 1983, A Study of Interior Noise Levels, Noise Sources and Transmission Paths in Light Aircraft, NASA CR-172152
• 17. Hills K., Wong S., Pare M., Miller W., Waidner Novak K., Mumm R., 2006, Integrated Window Belt System for Aircraft Cabins, United States Patent, No. US 7,118,069 B2, Oct. 10
• 18. IEEE 1978, Piezoelectricity IEEE Standard 176, New York: IEEE
• 19. Jacob A., Bauers R., Moser M., 2004, An actively controlled triple-glazed window, Internoise 2004, Prague
• 20. Jacob A., Moser M., 2003a, Active control of double-glazed windows. Part I: Feedforward control, Applied Acoustics, 64, 2, 163-182
• 21. Jacob A., Moser M., 2003b, Active control of double-glazed windows. Part II: Feedback control, Applied Acoustics, 64, 2, 183-196
• 22. Mellert V., Baumann I., Freese N., Weber R., 2004, Investigation of noise and vibration impact on aircraft crew, studied in an aircraft simulator, Inter Noise 2004, Prague, ISBN: 5-7325-0816-3, 8 pages
• 23. Misol M., Algermissen S., 2009, Reduction of interior noise in an automobile passenger compartment by means of active structural acoustic control (ASAC), Proceedings of NAG/DAGA 2009, Rotterdam, Niederlande
• 24. Mørkholt J., Hald J., Hardy P., Trentin D., Bach-Andersen M., Keith G., 2009, Measurement of absorption coefficient, surface admittance, radiated intensity and absorbed intensity on the panels of a vehicle cabin Rusing a dual layer array with integrated position measurement, SAE International Journal of Passenger Cars – Mechanical Systems, 2, 1449-1457
• 25. Navaneethan R., Grosveld F., Roskam J., 1980, Noise reduction characteristics of general aviation type dual pane windows, AIAA Paper, 80-1874
• 26. Nelson P.A., Elliot S.J., 1992, Active Control of Sound, New York: Academic Press
• 27. Rassaian M. et al., 2008, Optimal Aircraft Window Shape for Noise Control, US Patent NO. US7438263B2, Oct. 21, Assignee: The Boeing Company
• 28. Roder ?., Peiffer A. and EU Partners, 2006, Deliverable DWP1.1 Definition of the Acoustic Environment in Typical Aircraft and Helicopter Cabin, EU-Project CREDO, Project Nr. AST5-CT-2006-030814
• 29. Tiseo B., Dimino I., Gianvito A., Concilio A., 2007, A broadband acoustic feedback control system on confined area on board of aircraft, 13th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference, Rome, Italy
• 30. Unruh J.F., Till P.D., 2002, General Aviation Interior Noise: Part III –Noise Control Measure Evaluation, NASA Technical Report, NASA/CR-2002-211667
• 31. Vaicaitis R., 1983, Study of Noise Transmission Through Double Wall Aircraft Windows, NASA Technical Report, NASA CR 172182
• 32. Yu X., Zhu H., Rajamani R., Stelson K.A., 2007, Acoustic transmission control using active panels: an experimental study of its limitations and possibilities, Smart Materials and Structures, 16, 2006-2014