Akustische Simulation einer Flugzeugkabine
Bereits in einem frühen Entwicklungsstadium eines Flugzeuges sollen akustische Vorausberechnungen stattfinden und ggf. in die Konstruktion einfließen, um nachträgliche Änderungen am fertigen Flugzeug zu vermeiden.
Die Behandlung des Körperschallverhaltens und des Schallabstrahlverhaltens ist im modalen Bereich sehr aufwendig oder gar unmöglich, da komplexe Strukturen im für den Lärmschutz interessanten Frequenzbereich eine hohe Anzahl von Moden aufweisen und deshalb FE-Berechnungen für hohe Frequenzen sehr komplex werden.
Ein statistisches Verfahren, das für die Vorausberechnung des hoch-
frequenten Schwingungsverhaltens komplexer Strukturen geeignet ist, ist das Modellierungs- und Berechnungsverfahren der Statistischen Energieanalyse (SEA).
Die zu untersuchende Struktur und die Fluidbereiche (hier: Luft) werden dafür in einzelne schwingungsfähige Systeme unterteilt, deren akustische Eigen- schaften über ihre Geometrie- und Materialdaten sowie ihre Verlustfaktoren beschrieben werden. Diese Verlustfaktoren können entweder aus Messungen oder aus FE-Simulationen ermittelt werden.
Auf eine exakte Berechnung der Schallwellen nach Betrag und Phase, wie es bei der wellentheoretischen Akustik üblich ist, wird bei der SEA-Simulation verzichtet. Stattdessen wird angenommen, dass im eingeschwungenen Zustand die Energie in jedem System gleichmäßig zeitlich und auch örtlich verteilt ist.
Für ein bestimmtes Anregungsspektrum werden die Erwartungswerte der dann in den schwingungsfähigen Systemen gespeicherten Energien und der Austausch von Schwingungsenergie zwischen diesen Systemen berechnet. Damit sind die mittleren Schwingungspegel der einzelnen Systeme bekannt und der von der Struktur abgestrahlte Schall kann berechnet werden.
Im Laufe der Zeit erfolgt dann die Anpassung des SEA-Modells an den fortschreitenden Entwicklungsstand des Flugzeugs. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, mit geringem zeitlichen Aufwand durch Änderung der Parameter eine Vielzahl von Konstruktionsvarianten zu testen. So lässt sich schnell herausfinden, ob z. B. der Einsatz dickerer Bleche, eine zusätzliche Bedämpfung oder eine dickere Schicht Glaswolle zur gewünschten Lärmreduzierung in der Flugzeugkabine führen kann.
