Estudo numérico do comportamento vibroacústico de painéis duplos aeronáuticos com enfoque em redução de ordem de modelo

Abstract

O conforto acústico na cabine de aeronaves está em grande parte relacionado aos fenômenos de transmissão e radiação sonora das paredes laterais. Tais consistem em um sistema de painéis duplos, contendo fuselagem externa com reforçadores, painel de interior tipo honeycomb, material poroso como tratamento acústico e conexões estruturais entre os painéis por isoladores de vibração, sendo o conjunto excitado primordialmente pela camada limite turbulenta. A interação entre a excitação e o sistema determina a relevância de cada um dos caminhos de transmissão, aéreo ou estrutural, entre fuselagem e painel de interior. Uma grande variedade de modelos vibroacústicos de painéis duplos aeronáuticos foram propostos na literatura, porém nenhum destes contém todos os componentes citados acima. Propõe-se neste trabalho preencher essa lacuna através de um Modelo em Elementos Finitos, o qual incorpora modelos equivalentes na representação desses componentes e solução através de técnicas de Redução de Ordem de Modelo. É apresentada uma revisão sobre o acoplamento das excitações estocásticas de campo acústico difuso e camada limite turbulenta com modelos vibroacústicos determinísticos em uma formulação no domínio do número de onda. Desenvolve-se um modelo de camada única equivalente para representação do comportamento vibroacústico de painel sanduíche tipo honeycomb. É apresentada uma nova metodologia de caracterização inversa de materiais porosos para determinação de seus parâmetros acústicos, utilizando medições de perda de transmissão sonora em câmaras reverberantes. O foco principal deste trabalho é o desenvolvimento de uma abordagem de Redução de Ordem de Modelo baseada em subespaços de Krylov de segunda ordem em blocos e interpolação racional, que lida com modelos vibroacústicos dependentes da frequência. Ao fim, concebe-se um modelo vibroacústico do painel duplo contendo todos os componentes propostos, que permite identificar os caminhos de transmissão sonora mais relevantes e que pode servir de ferramenta para projetos de controle de ruído na parede lateral de aeronaves.

Abstract: Acoustic comfort in the aircraft cabin is largely related to the phenomena of transmission and sound radiation from the sidewalls of the cabin. These consist of a double panel system, containing an outer ribbed fuselage, honeycomb trim panel, porous material as acoustic insulation and structural connections between the panels by vibration mounts, the set being primarily excited by the turbulent boundary layer. The interaction between the excitation and the system determines the relevance of each of the transmission paths, airborne or structureborne, between the outer fuselage and the trim panel. A wide variety of aeronautical double panel vibroacoustic models have been proposed in the literature, but none of them contain all the components mentioned above. It is proposed in this work to fill this gap through a Finite Element Model, which incorporates equivalent models in the representation of these components and solution through Model Order Reduction techniques. This work reviews the coupling of diffuse acoustic field and turbulent boundary layer stochastic excitations with deterministic vibroacoustic models in a wave number domain formulation. An equivalent single-layer model is developed to represent the vibroacoustic behavior of a honeycomb sandwich panel. A new methodology for the inverse characterization of porous materials is presented, for the determination of their acoustic parameters, using measurements of sound transmission loss in reverberant chambers. The main focus of this work is the development of a Model Order Reduction approach based on block second-order Krylov subspaces and rational interpolation, which deals with frequency-dependent vibroacoustic models. Finally, a double panel vibroacoustic model is conceived, containing all the proposed components, which allows the identification of the most relevant sound transmission paths and which can serve as a tool for noise control projects on aircraft sidewalls.