WO2012175280A2 - Method and apparatus for determining the passage of audible sound energy through a double-wall structure - Google Patents

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WO2012175280A2 PCT/EP2012/059704 EP2012059704W WO2012175280A2 WO 2012175280 A2 WO2012175280 A2 WO 2012175280A2 EP 2012059704 W EP2012059704 W EP 2012059704W WO 2012175280 A2 WO2012175280 A2 WO 2012175280A2
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for determining the passage of acoustic sound energy through a double-wall structure.
  • the invention finds particular application in the field of aviation, in order to determine the noise level in cabins of aircraft with a certain fuselage structure, so as to be able to influence the noise development within the cabin even in the design phase.
  • Aircraft cabins are often designed with an outer wall and an inner wall and a space in between.
  • the invention is about acoustic calculation.
  • the coupling loss factor indicates how an acoustic energy density in one room is coupled to an acoustic energy density in another room if the construction to be calculated is arranged therebetween.
  • Double walls are widespread, especially in aviation, but also in sound insulation.
  • a tool is to be created to construct the double walls and to determine the acoustic throughput. It should be possible to predict how loud it will be in one of the two rooms separated by the double walls.
  • a special factor that is at stake here is the soundproofing dimension.
  • references [2] and [3] a technique for simulating acoustic structures by hybrid methods is generally explained. This will simulate the The system to be examined is deterministic with regard to a predictable behavior and statistically considered with respect to an unsafe behavior. For example, certain interfaces of the acoustic system are well known and well predictable in acoustic behavior, while other limits of the system are not well known or can be calculated in an unpredictable manner, therefore average behaviors are considered.
  • the object of the invention is therefore to provide a method, which is significantly improved, in particular with regard to increased speed, improved accuracy and lower computational complexity, and a corresponding device for acoustic simulation of double walls.
  • the invention provides a method for determining the passage of acoustic acoustic energy through a double wall structure comprising a first wall, a second wall and a double wall space therebetween, comprising:
  • the invention provides an apparatus for determining the passage of acoustic sound energy through a double wall structure comprising a first wall, a second wall, and a double wall space therebetween, the apparatus comprising:
  • the invention provides a computer program product with program codes which, when loaded into a computer, make it possible to carry out the method according to the invention and thus make the computer an exemplary embodiment of the device according to the invention.
  • the hybrid methods are used for the calculation of the double-wall connector.
  • an analytical model of the double-wall cavity whose front and rear sides are covered with the respective basis weight of the double-walled shells, is preferably created. For this model, the sound transmission through this system is calculated by means of hybrid methods.
  • the double wall connector is calculated by means of hybrid methods and then the energy flow through the double wall is carried out by methods of statistical energy analysis by means of this double wall connector thus determined. It is preferably provided that at least one of the calculation steps is carried out by means of hybrid formulation of the double wall structure or of the subsystems, wherein a deterministic determination method is carried out for longer wavelengths and a statistical determination method for smaller wavelengths.
  • step a) comprises: creating a first subsystem consisting of the first wall, the double wall space and the second wall,
  • each of the eigenmodes of the subsystems is used as a complex eigenmode in a modal analysis of the entire double-wall model in order to numerically calculate the coupling loss factor.
  • the double wall model is obtained by simple abstraction of the concrete double wall structure, assuming a length or width corresponding to the length and width of the double walls and a corresponding depth as in the concrete double wall structure.
  • mass for the walls of the model the masses of the structural walls are assumed.
  • FIG. 2 shows a schematic representation to illustrate an abstraction of a double-wall construction to be calculated
  • Fig. 3 is a schematic representation of the abstracted double wall construction
  • FIG. 4 shows a schematic illustration to illustrate the abstraction of the double-wall construction with regard to the acoustic paths
  • FIG. 6 is a schematic representation of a flowchart for calculating the coupling loss factor of the double-walled connector.
  • a fuselage segment 10 is shown as an example of a structural element of an aircraft.
  • a plurality of double wall structures 12 which separate the interior 14 of the passenger compartment 16 from the outside environment 18 and / or a cargo hold 20.
  • a concrete double wall structure 12 from the aircraft body segment 10 will be considered in more detail below, which is shown in outline in FIG. 2.
  • the double wall structure 12 has an inner wall 22 with an inner lining 24 and an outer structure 26 with an outer wall 28. Between the inner wall 22 and the outer wall 28 an inner volume with insulating material is present.
  • the double wall model 30 has a first wall 32 that represents the inner wall 22 and the inner panel 24, a second wall 34 that represents the outer structure 26 with the outer wall 28, and a double wall cavity 36 between the two walls 32, 34 that carries the inner volume represents the insulating material.
  • the model is constructed so that it still images the real double wall structure 12.
  • the walls 32, 34 have a length lx which corresponds to the mean length lx of the curved walls 22, 28 along the line of curvature (in the middle between the wall structures). speaks, and a width ly, which corresponds to the width of the ly to be examined double wall structure.
  • the volume V 0 of the space between the inner wall 22 and the outer wall 28 is determined.
  • the masses of the first wall 32 and the second wall 34 are assumed to be area-related mass values by dividing the mass of the inner structure with inner wall 22 and inner wall 24 by the area of the inner structure:
  • a 0 I x.l y. Accordingly, the area-related mass of the second wall 34 is represented by dividing the mass of the outer structure by its area:
  • the double wall model 30 shown in FIG. 3 is obtained, wherein the first wall 32 has the areal mass nY and the dimension ly x Ix, the second wall 34 has the areal mass m s ' and the dimensions ly x Ix and wherein as a distance between the walls 32, 34, the depth t has been adopted according to the above formula.
  • the sound propagation speed and the density in the walls 32, 34 and the double-wall cavity 36 are assumed according to the respective material selection for the real double wall structure 12. In this case, the double-wall cavity 36 is considered as fluid-filled volume (fluid volume).
  • the method is intended to determine the energy flow of vibrational energy from a cavity with an acoustic oscillation field (diffuse field) through the double wall structure 12 into a second cavity separated by the double wall structure 12. Specifically, the passage of acoustic energy from the outside environment 18 through the double wall structure 12 in the interior 14 is to be determined. As indicated in FIG. 3, the outside environment 18 accordingly forms a transmitting cavity 38 and the interior 14 forms a receiving cavity 40, the acoustic energy passing through the double-wall structure 12.
  • the system of the double-walled model 30 becomes further abstracted by being divided into a plurality of subsystems, which are explained in more detail below with reference to the illustration in FIGS. 4 and 5.
  • Fig. 4 schematically illustrates subsystems for an SEA method and related resonant and non-resonant paths.
  • second path marked 2 where vibrations of the first wall 32 are transmitted to the receiving cavity.
  • third path marked 3 where the second wall 34 is excited by the transmitting cavity 38.
  • the double wall cavity 36 is assumed to be a complex fluid layer, and the walls 32, 34 are assumed to be mass layers corresponding to the panel mass of the real double wall structure 12.
  • step A the three subsystems shown in Fig. 5 consisting of complex fluid and bulk layer are formed (step A).
  • step B the complex eigenmodes for each subsystem are calculated.
  • the double wall connector can thus be considered in a simple manner accordingly.
  • an SEA can be performed with the double-wall connector thus determined, similar to [1], but with a more accurate double-wall connector.
  • an analytical modal analysis is performed with the double-wall model 30 illustrated in FIG. 3, which in concrete terms represents an abstraction of the real double-wall structure 12, but nevertheless can be calculated quite easily.
  • the double wall is abstracted. Soft masses are assumed and an air volume between them to calculate the coupling loss factor.
  • a curved aircraft element having two frames 42, 44, an intermediate volume V 0 and a lining (inner lining 24) is abstracted to the double wall model 30 shown in Fig. 3.
  • a first frame is used taken 42, the average Spantin Ix, the width Ly, and the depth t. this yields the abstracted volume V0.
  • the masses are similar easily abstracted.
  • the method uses hybrid methods for calculating the double wall connector in Fig. 3 illustrated analytical model of Doppelwandkavmaschine - double wall cavity 36 -, the front and back with the respective The basis weight of the double wall shells is occupied.
  • the sound transmission is calculated by this system by means of the known hybrid method.
  • the double wall effect is dominant for a wide frequency range. This frequency range starts at about the double wall resonance of about 100 Hz.
  • This effect could be calculated by the deterministic finite element method, in which the whole system of the double wall is divided into small elements. Due to the large computational effort, this method is limited to smaller subsystems.
  • An alternative method would be the so-called SEA method.
  • the double wall effect is considered using an analytical formulation. So far, this formulation is based solely on transfer matrix methods that use infinite layers of masses and fluid. The ultimate transmission of energy is obtained by averaging over certain angles of incidence. The disadvantage of this method is that it does not work for double walls of realistic size and that there is no valid rule for selecting the angle range for averaging.
  • the physical system that is behind the double-walled connector is a system of concentrated mass-cavity-concentrated mass.
  • the method now calculates the complex eigenmodes of this subsystem using the hybrid methods known from [3], [4] and [5] to calculate the energy flow through the respective compounds of that system.
  • the energy flow paths taken into account are shown in FIG. 4 and designated 1, 2 and 3.
  • Each path 1, 2, 3 is described by complex modes of the cavity subsystem - concentrated top walls.
  • the concentrated masses or cover walls are considered as membranes without tension or bending stiffness.
  • the method takes into account all local resonances of the double wall system. No averaging over angles or the like is needed. This makes it much easier to correctly account for the double wall effect in the calculation of the acoustic behavior of the real double wall structure 12.
  • the corresponding steps may be implemented in software and stored on a computer program product, possibly together with known program codes for performing the hybrid procedures.
  • the subsystems can be entered in the software for hybrid processes.
  • a model for example an FE model, with the corresponding properties would have to be created artificially.
  • a computer By loading such a program or appropriate programming, a computer can be made into a device for carrying out the method.
  • a site double-walled systems consisting of complex fluid layer and mass layer (s) corresponding to the panel mass

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Abstract

The invention relates to a method for determining the passage of audible sound energy through a double-wall structure which comprises a first wall, a second wall and a double-wall space in between. In order to take the double-wall effect into consideration with lower computational complexity and more precisely, the following steps are proposed: a) abstraction of the double-wall structure as a double-wall model by splitting into a plurality of subsystems which are formed from a volume of fluid representing the double-wall space and at least one mass layer which represents the walls, which adjoins the volume of fluid and which corresponds to the mass of the wall, b) calculation of the complex eigen modes for the subsystems, c) calculation of the modal impedance matrix for the introduction of sound into the connected subsystems, and d) calculation of the coupling loss factor for the double-wall structure.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Durchganges akustischer Schallenergie durch eine Doppelwandstruktur  Method and device for determining the passage of acoustic sound energy through a double wall structure
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Durchganges akustischer Schallenergie durch eine Doppelwandstruktur. Anwendung findet die Erfindung insbesondere auf dem Gebiet der Luftfahrt, um den Geräuschpegel in Kabinen von Luftfahrzeugen mit bestimmtem Rumpfaufbau zu ermitteln, um so bereits in der Konstruktionsphase auf die Geräuschentwicklung innerhalb der Kabine Einfluss nehmen zu können. Luftfahrzeugkabinen sind häufig mit einer Außenwand und einer Innenwand sowie einem Raum dazwischen ausgestaltet. Für das Entwerfen von Luftfahrzeugen ist es vorteilhaft, ein Werkzeug in Händen zu haben, welches den Geräuschdurchgang oder das Schalldämm-Maß solcher Wandstrukturen bereits in der Entwurfsphase ermittelt. The invention relates to a method and a device for determining the passage of acoustic sound energy through a double-wall structure. The invention finds particular application in the field of aviation, in order to determine the noise level in cabins of aircraft with a certain fuselage structure, so as to be able to influence the noise development within the cabin even in the design phase. Aircraft cabins are often designed with an outer wall and an inner wall and a space in between. For the design of aircraft, it is advantageous to have a tool in hand, which determines the noise passage or the sound reduction measure of such wall structures already in the design phase.
Allgemein gesehen geht es bei der Erfindung um Akustikberechnung. Insbesondere geht es um Verfahren zur Berechnung des Kopplungsverlustfaktors zwischen Räumen. Der Kopplungsverlustfaktor gibt an, wie eine akustische Energiedichte in einem Raum mit einer akustischen Energiedichte in einem anderen Raum gekop- pelt ist, wenn dazwischen die zu berechnende Konstruktion angeordnet ist. Generally speaking, the invention is about acoustic calculation. In particular, there are methods for calculating the coupling loss factor between rooms. The coupling loss factor indicates how an acoustic energy density in one room is coupled to an acoustic energy density in another room if the construction to be calculated is arranged therebetween.
Mit der Erfindung soll ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Akustikberechnung von Doppelwänden zur Verfügung gestellt werden. Doppelwände sind insbesondere in der Luftfahrt, aber auch in der Schalldämmung weit verbreitet. Mit dem Verfahren und der Vorrichtung soll ein Werkzeug geschaffen werden, die Doppelwände zu konstruieren und die akustische Durchgangsleistung zu bestimmen. Es sollen Vorhersagen möglich werden, wie laut es in einem der beiden durch die Doppelwände getrennten Räume wird. Eine besondere Größe, um die es hier geht, ist das Schalldämm-Maß. With the invention, an improved method and an improved device for the acoustic calculation of double walls are provided. Double walls are widespread, especially in aviation, but also in sound insulation. With the method and the device, a tool is to be created to construct the double walls and to determine the acoustic throughput. It should be possible to predict how loud it will be in one of the two rooms separated by the double walls. A special factor that is at stake here is the soundproofing dimension.
In der Literatur sind bereits viele Ansätze zur Berechnung von Schalldämm-Maßen und Kopplungsverlustfaktoren durch Strukturen beschrieben worden. Es wird hier auf die folgenden Literaturstellen Bezug genommen: The literature has already described many approaches to the calculation of sound reduction and coupling loss factors by structures. Reference is made to the following references:
[1] A. Peiffer, S. Tewes, S. Brühl, SEA Modellierung von Doppelwandstrukturen, DAGA 2007  [1] A. Peiffer, S. Tewes, S. Brühl, SEA Modeling of Double Wall Structures, DAGA 2007
[2] Shorter, Langley,„On the reciprocity relationship between direct field radia- tion and diffuse reverberant loading", JASA, 2004  [2] Shorter, Langley, "On the reciprocity relationship between direct field irradiation and diffuse reverberant loading," JASA, 2004
[3] Shorter, Langley, "Vibro-Acoustic analysis of complex Systems", JSV [3] Shorter, Langley, Vibro-Acoustic Analysis of Complex Systems, JSV
[4] W.R.Graham. Boundary Layer induced Noise in Aircraft, Part I: The flat Plate [4] W.R.Graham. Boundary Layer Induced Noise in Aircraft, Part I: The Flat Plate
Model, J.Sound and Vibration, 192(1 ), 101-120, 1996 Model, J. Sound and Vibration, 192 (1), 101-120, 1996
[5] US 6 090 147 A. Die nachfolgende Beschreibung baut auf dem Wissen der vorliegenden Literaturstellen [1] bis [5] auf; es wird für weitere Einzelheiten zur Akustikberechnung ausdrücklich auf jede der oben genannten Literaturstellen [1] bis [5] verwiesen. [5] US 6 090 147 A. The following description is based on the knowledge of the present references [1] to [5]; Reference is made to each of the above references [1] to [5] for more details on the acoustics calculation.
Das bisherige Verfahren zur Berechnung des Schallenergiedurchflusses durch Doppelwandstrukturen ist in der Literaturstelle [1] näher beschrieben. Hierzu wird bei Schallauftreffen unter einem bestimmten Winkel berechnet, welche Schallintensität beim Durchgang durch die Wand hinausgeht. Hierzu werden auftreffende Wellen unter allen möglichen Winkeln gemittelt. Für alle typischen Seitenwandaufbauten in Hubschraubern und Flugzeugen dominiert der Doppelwandeffekt die Schallübertragung im Frequenzbereich zwischen 100 Hz bis 600 Hz. Eine Doppelwand hat gegenüber einer Einfachwand mit gleichem Flächengewicht ein höheres Schalldämm-Maß. Dies lässt sich beispielsweise damit begründen, dass eine Luftschallwelle den Widerstand beim Übergang vom Medium Luft in das schwere und harte Medium Wand und wieder in das Medium Luft für jede Wand erneut überwinden muss. Dabei ist das Schalldämm-Maß nicht einfach durch eine Addition der Schalldämm-Maße zweier Einfachwände erhältlich, da die Wände Rückwirkungen aufeinander haben. Diese Rückwirkungen sind abhängig von der jeweiligen Wellenlänge. The previous method for calculating the sound energy flow through double wall structures is described in more detail in reference [1]. For this purpose, sound incidence at a certain angle is used to calculate what sound intensity will pass through the wall. For this purpose, incoming waves are averaged at all possible angles. For all typical sidewall superstructures in helicopters and aircraft, the double wall effect dominates the transmission of sound in the frequency range between 100 Hz and 600 Hz. A double wall has a higher sound reduction index compared to a single wall with the same surface weight. This can be justified, for example, by the fact that an airborne sound wave must again overcome the resistance during the transition from the medium air into the heavy and hard medium wall and again into the medium air for each wall. The soundproofing measure is not easily available by adding the soundproofing dimensions of two single walls, as the walls interact with each other. These reactions are dependent on the respective wavelength.
Dieser Doppelwandeffekt wird gemäß der Literatur [1] in der statistischen Energie- analyse (SEA) durch sogenannte Doppelwandkonnektoren berücksichtigt, deren Berechnung mittels der Theorie der Transfermatrizen durchgeführt wird. Hierbei werden unendlich ausgedehnte Flächen angenommen. Verfahren und Vorrichtungen, die eine derartige Technik zur Akustikberechnung von Doppelwandstrukturen ermöglichen, sind in kommerziellen Produkten integriert, wie z.B. in dem kommer- ziell erhältlichen Programm VAOne (ESI Group) oder das Open Source Project Open SEA. Der gesamte Stand der Technik und die bisherigen Verfahren und Vorrichtungen zur Berechnung von Doppelwandstrukturen basieren auf den Transfermatrixmethoden, wie sie in [1] erläutert sind. Hierbei werden unendlich ausgedehnte Flächen angenommen. Dadurch werden Querresonanzen sehr ungenau berücksichtigt und die Vorhersagen der Simulation sind ungenau. According to the literature [1], this double-wall effect is taken into account in the statistical energy analysis (SEA) by so-called double-wall connectors, the calculation of which is carried out by means of the theory of transfer matrices. In this case, infinite areas are assumed. Methods and apparatus enabling such a technique for acoustic computation of double wall structures are integrated in commercial products, such as e.g. in the commercially available program VAOne (ESI Group) or the Open Source Project Open SEA. The entire state of the art and the previous methods and devices for calculating double-wall structures are based on the transfer matrix methods as explained in [1]. In this case, infinite areas are assumed. As a result, transverse resonances are taken into account very inaccurately and the predictions of the simulation are inaccurate.
In den Literaturstellen [2] und [3] ist allgemein eine Technik zur Simulation akusti- scher Strukturen durch hybride Verfahren erläutert. Dabei wird das zu simulieren- de oder zu untersuchende System bezüglich eines vorhersagbaren Verhaltens deterministisch und bezüglich eines unsicheren Verhaltens statistisch betrachtet. Beispielsweise sind bestimmte Grenzflächen des akustischen Systems genau bekannt und auch vom akustischen Verhalten her gut berechenbar, während andere Grenzbereiche des Systems nicht genau bekannt sind oder in nicht genau vorhersagbarer Weise berechnet werden können, weswegen hierzu durchschnittliche Verhaltensweisen betrachtet werden. In references [2] and [3], a technique for simulating acoustic structures by hybrid methods is generally explained. This will simulate the The system to be examined is deterministic with regard to a predictable behavior and statistically considered with respect to an unsafe behavior. For example, certain interfaces of the acoustic system are well known and well predictable in acoustic behavior, while other limits of the system are not well known or can be calculated in an unpredictable manner, therefore average behaviors are considered.
Konkret lassen sich viele Modelle hinsichtlich der Anregung durch große Wellen- längen relativ gut berechnen und vorhersagen, während die Anregung durch Wellenlängen, die klein im Verhältnis zu Systemflächen oder Verbindungen oft schwierig vorauszusagen sind. In den Verfahren und den Vorrichtungen zur Berechnung durch solche hybride Methoden werden daher sowohl deterministische Therme als auch statistische Therme eingesetzt. Zu genaueren Einzelheiten be- züglich dieser hybriden Verfahren wird auf die Dokumente [2], [3], [5] verwiesen. Specifically, many models can be relatively well calculated and predicted for large wavelength excitation, while excitation by wavelengths that are small in relation to system areas or interconnections are often difficult to predict. In the methods and the devices for calculation by such hybrid methods, therefore, both deterministic thermals and statistical thermals are used. For more details on these hybrid methods, see documents [2], [3], [5].
Ein Ansatz einer Verwendung eines hybriden Verfahrens zur Berechnung des a- kustischen Verhaltens einer durch Turbulenzen in der Luftgrenzschicht an der Außenhaut angeregten Luftfahrzeugstruktur ist in [4] beschrieben. Dabei wird nur die Außenwand als einzelne Platte mit Luftgrenzschicht betrachtet. Ziel bei der Literaturstelle [4] war, eine Vorhersage der Geräuschentwicklung durch die Anregung der Außenhaut durch Luftturbulenzen zu ermöglichen. An approach of using a hybrid method to calculate the acoustic behavior of an aircraft structure excited by turbulence in the air boundary layer on the outer skin is described in [4]. In this case, only the outer wall is considered as a single plate with air boundary layer. The aim of the reference [4] was to enable a prediction of the noise by the excitation of the outer skin by air turbulence.
Für Doppelwandstrukturen sind bisher nur die Transfermatrixmethoden möglich. For double-wall structures, only the transfer matrix methods have hitherto been possible.
Nachteile der bekannten Verfahren zur Berechnung des akustischen Verhaltens von Doppelwänden sind der Rechenaufwand bei der Integration über die unterschiedlichen Winkel, die Abstraktion der unendlich ausgedehnten Wand sowie die Unsicherheiten bezüglich der zu betrachtenden Auftreffwinkeln. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein insbesondere hinsichtlich erhöhter Schnelligkeit, verbesserter Genauigkeit und geringerem Rechenaufwand deutlich verbessertes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Akustiksimulation von Doppelwänden zu schaffen. Disadvantages of the known methods for calculating the acoustic behavior of double walls are the computation effort in the integration over the different angles, the abstraction of the infinitely extended wall and the uncertainties regarding the impact angles to be considered. The object of the invention is therefore to provide a method, which is significantly improved, in particular with regard to increased speed, improved accuracy and lower computational complexity, and a corresponding device for acoustic simulation of double walls.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung gemäß dem Nebenanspruch gelöst. This object is achieved by a method according to claim 1 and a device according to the independent claim.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Bestimmung des Durchganges akustischer Schallenergie durch eine Doppelwandstruktur, die eine erste Wand, eine zweite Wand und einen Doppelwandraum dazwischen umfasst, umfassend: The invention provides a method for determining the passage of acoustic acoustic energy through a double wall structure comprising a first wall, a second wall and a double wall space therebetween, comprising:
a) Abstraktion der Doppelwandstruktur als Doppelwandmodell durch Aufteilung in mehrere Untersysteme, die aus einem den Doppelwandraum darstellenden Flu- idvolumen und wenigstens einer eine der Wände darstellenden Masseschicht gebildet sind, die an das Fluidvolumen angrenzt und die der Masse der Wand entspricht, a) abstraction of the double wall structure as a double wall model by division into a plurality of subsystems, which are formed from a volume of fluid constituting the double wall space and at least one mass layer representing one of the walls, which adjoins the volume of fluid and which corresponds to the mass of the wall,
b) Berechnen der komplexen Eigenmoden für die Untersysteme, b) calculating the complex eigenmodes for the subsystems,
c) Berechnen der modalen Impedanzmatrix für Schalleinleitung in die verbundenen Untersysteme und c) calculating the modal impedance matrix for sound introduction into the connected subsystems and
d) Berechnung des Kopplungsverlustfaktors für die Doppelwandstruktur. d) calculation of the coupling loss factor for the double wall structure.
Weiter schafft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung des Durchganges akustischer Schallenergie durch eine Doppelwandstruktur, die eine erste Wand, eine zweite Wand und einen Doppelwandraum dazwischen umfasst, wobei die Vorrichtung umfasst: Further, the invention provides an apparatus for determining the passage of acoustic sound energy through a double wall structure comprising a first wall, a second wall, and a double wall space therebetween, the apparatus comprising:
a) eine Abstraktionseinheit zur Abstraktion der Doppelwandstruktur als Doppelwandmodell durch Aufteilung in mehrere Untersysteme, die aus einem den Dop- pelwandraum darstellenden Fluidvolumen und wenigstens einer eine der Wände darstellenden Masseschicht gebildet sind, die an das Fluidvolumen angrenzt und die der Masse der Wand entspricht, a) an abstraction unit for the abstraction of the double wall structure as a double wall model by division into a plurality of subsystems, which consists of a volume of fluid representing the double wall space and at least one of the walls forming mass layer adjacent to the fluid volume and which corresponds to the mass of the wall,
b) eine Eigenmode-Berechnungseinheit zum Berechnen der komplexen Eigenmoden für die Untersysteme, b) a eigenmode calculation unit for calculating the complex eigenmodes for the subsystems,
c) eine Impedanzmatrix-Berechnungseinheit zum Berechnen der modalen Impedanzmatrix für Schalleinleitung in die verbundenen Untersysteme und d) eine Kopplungsverlustfaktorberechnungseinheit zum Berechnen des Kopplungsverlustfaktors für die Doppelwandstruktur. Weiter schafft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodes, die bei Laden in einen Computer eine Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht und so aus dem Computer ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Vorrichtung macht. Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die hybriden Verfahren für die Berechnung des Doppelwandkonnektors eingesetzt. Bevorzugt wird dabei ein analytisches Modell der Doppelwandkavität, deren Vorder- und Rückseite mit der jeweiligen Flächenmasse der Doppelwandschalen belegt ist, erstellt. Für dieses Modell wird mittels hybrider Verfahren die Schallübertragung durch dieses System berechnet. c) an impedance matrix calculation unit for calculating the modal impedance matrix for sound introduction into the connected subsystems, and d) a coupling loss factor calculation unit for calculating the coupling loss factor for the double wall structure. Furthermore, the invention provides a computer program product with program codes which, when loaded into a computer, make it possible to carry out the method according to the invention and thus make the computer an exemplary embodiment of the device according to the invention. In a particularly preferred embodiment of the invention, the hybrid methods are used for the calculation of the double-wall connector. In this case, an analytical model of the double-wall cavity, whose front and rear sides are covered with the respective basis weight of the double-walled shells, is preferably created. For this model, the sound transmission through this system is calculated by means of hybrid methods.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Schallübertragung durch die Doppelwand deutlich präziser beschrieben. Querresonanzen werden korrekt berücksichtigt. The inventive method, the sound transmission through the double wall is described much more precise. Transverse resonances are considered correctly.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird mittels hybrider Verfahren der Dop- pelwandkonnektor berechnet und dann der Energiedurchfluss durch die Doppelwand durch Verfahren der statistischen Energieanalyse mittels dieses so ermittelten Doppelwandkonnektors durchgeführt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass wenigstens einer der Berechnungsschritte mittels hybrider Formulierung der Doppelwandstruktur oder der Untersysteme durchgeführt wird, wobei für größere Wellenlängen eine deterministische Bestimmungsmethode und für kleinere Wellenlänge eine statistische Bestimmungsme- thode durchgeführt wird. According to a preferred embodiment, the double wall connector is calculated by means of hybrid methods and then the energy flow through the double wall is carried out by methods of statistical energy analysis by means of this double wall connector thus determined. It is preferably provided that at least one of the calculation steps is carried out by means of hybrid formulation of the double wall structure or of the subsystems, wherein a deterministic determination method is carried out for longer wavelengths and a statistical determination method for smaller wavelengths.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass dass Schritt a) enthält: Erstellen eines ersten Untersystems, das aus der ersten Wand, dem Doppelwandraum und der zweiten Wand besteht, In a further preferred embodiment, it is provided that step a) comprises: creating a first subsystem consisting of the first wall, the double wall space and the second wall,
Erstellen eines zweiten Untersystems, das aus dem Doppelwandraum und der zweiten Wand besteht, Creating a second subsystem consisting of the double wall space and the second wall,
Erstellen eines dritten Untersystems, das aus der ersten Wand und dem Doppelwandraum besteht. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass mittels der hybriden Formulierung der Energiedurchgang durch jedes des ersten bis dritten Untersystems bestimmt wird.  Create a third subsystem consisting of the first wall and the double wall space. In a preferred embodiment, it is provided that the energy passage through each of the first to third subsystems is determined by means of the hybrid formulation.
Vorzugsweise ist weiter vorgesehen, dass jede der Eigenmoden der Untersysteme als komplexe Eigenmode in einer Modalanalyse des gesamten Doppelwandmodells eingesetzt wird, um den Kopplungsverlustfaktor numerisch zu berechnen. Preferably, it is further provided that each of the eigenmodes of the subsystems is used as a complex eigenmode in a modal analysis of the entire double-wall model in order to numerically calculate the coupling loss factor.
Vorzugsweise wird das Doppelwandmodell durch einfache Abstraktion der konkreten Doppelwandstruktur erhalten, wobei eine der Länge und Breite der Doppel- wände entsprechende Länge bzw. Breite sowie eine entsprechende Tiefe wie bei der konkreten Doppelwandstruktur angenommen werden. Als Masse für die Wände des Modells werden die Massen der Strukturwände angenommen. Preferably, the double wall model is obtained by simple abstraction of the concrete double wall structure, assuming a length or width corresponding to the length and width of the double walls and a corresponding depth as in the concrete double wall structure. As mass for the walls of the model, the masses of the structural walls are assumed.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher er- läutert. Dabei zeigen: Fig. 1 eine typische Sektion eines Flugzeugs mit Beispielen für Doppelwandaufbauten; In the following the invention will be explained in more detail with reference to the attached drawings. Showing: 1 shows a typical section of an aircraft with examples of double-wall structures;
Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung einer Abstraktion eines zu berechnenden Doppelwandaufbaus; FIG. 2 shows a schematic representation to illustrate an abstraction of a double-wall construction to be calculated; FIG.
Fig. 3 eine schematische Darstellung des abstrahierten Doppelwandaufbaus; Fig. 3 is a schematic representation of the abstracted double wall construction;
Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der Abstraktion des Doppelwandaufbaus hinsichtlich der akustischen Pfade; 4 shows a schematic illustration to illustrate the abstraction of the double-wall construction with regard to the acoustic paths;
Fig. 5 eine schematische Darstellung der einzelnen Untersysteme zur akustischen Simulation des Doppelwandaufbaus; und 5 a schematic representation of the individual subsystems for the acoustic simulation of the double-wall construction; and
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms zur Berechnung des Kopplungsverlustfaktors des Doppelwandkonnek- tors. 6 is a schematic representation of a flowchart for calculating the coupling loss factor of the double-walled connector.
In Fig. 1 ist der typische Aufbau eines Flugzeugrumpfsegementes 10 als Beispiel eines Strukturelementes eines Luftfahrzeuges dargestellt. An dem Luftfahrzeugrumpf befinden sich mehrere Doppelwandstrukturen 12, die den Innenraum 14 des Passagierraumes 16 von der Außenumgebung 18 und/oder einem Frachtraum 20 trennen. In Fig. 1, the typical structure of a fuselage segment 10 is shown as an example of a structural element of an aircraft. At the aircraft fuselage are a plurality of double wall structures 12 which separate the interior 14 of the passenger compartment 16 from the outside environment 18 and / or a cargo hold 20.
Um abschätzen zu können, welcher Geräuschpegel bei einem bestimmten Entwurf eines Flugzeugrumpfes 10 in dem Innenraum 14 herrscht, ist es vorteilhaft, das Schalldämm-Maß für die Kabinenwände zu bestimmen. Da die Kabinenwände die Doppelwandstrukturen 12 aufweisen, ist es hierzu notwendig, das Schalldämm-Maß der Doppelwandstrukturen 12 zu ermitteln. Dieses Schalldämm-Maß wird bei bestimmten Frequenzen wesentlich durch den Doppel- wandeffekt beeinflusst. In order to be able to estimate which noise level prevails in a particular design of an aircraft fuselage 10 in the interior 14, it is advantageous to determine the soundproofing dimension for the cabin walls. Since the cabin walls have the double wall structures 12, it is necessary for this purpose to determine the soundproofing dimension of the double wall structures 12. This sound reduction index is significantly influenced by the double wall effect at certain frequencies.
Im Folgenden wird ein Verfahren beschrieben, um den Kopplungsverlustfaktor der Doppelwandstrukturen 12 und damit das Schalldämm-Maß zu bestimmen. In the following, a method is described in order to determine the coupling loss factor of the double-wall structures 12 and thus the sound reduction index.
Hierzu wird im Folgenden eine konkrete Doppelwandstruktur 12 aus dem Flug- zeugrumpfsegment 10 näher betrachtet, die in Fig. 2 skizziert dargestellt ist. For this purpose, a concrete double wall structure 12 from the aircraft body segment 10 will be considered in more detail below, which is shown in outline in FIG. 2.
Die Doppelwandstruktur 12 hat eine Innenwand 22 mit einer Innenverkleidung 24 und eine Außenstruktur 26 mit einer Außenwand 28. Zwischen der Innenwand 22 und der Außenwand 28 ist ein inneres Volumen mit Dämmmaterial vorhanden. The double wall structure 12 has an inner wall 22 with an inner lining 24 and an outer structure 26 with an outer wall 28. Between the inner wall 22 and the outer wall 28 an inner volume with insulating material is present.
Untersuchungen, die in der Literatur [4] erläutert sind, haben gezeigt, dass die Krümmung der realen Doppelwandstruktur 12 nur wenig Einfluss auf den akustischen Energiedurchfluss hat. Es wird daher zur Vereinfachung der realen Doppelwandstruktur 12 ein Doppelwandmodell 30 angenommen, wie es in Fig. 3 nä- her dargestellt ist. Das Doppelwandmodell 30 hat eine erste Wand 32, die die Innenwand 22 und die Innenverkleidung 24 repräsentiert, eine zweite Wand 34, die die Außenstruktur 26 mit der Außenwand 28 repräsentiert, und einen Doppelwandhohlraum 36 zwischen den beiden Wänden 32, 34, der das Innenvolumen mit dem Dämmmaterial repräsentiert. Investigations, which are explained in the literature [4], have shown that the curvature of the real double wall structure 12 has only little influence on the acoustic energy flow. Therefore, in order to simplify the real double wall structure 12, a double wall model 30 is assumed, as is shown in more detail in FIG. 3. The double wall model 30 has a first wall 32 that represents the inner wall 22 and the inner panel 24, a second wall 34 that represents the outer structure 26 with the outer wall 28, and a double wall cavity 36 between the two walls 32, 34 that carries the inner volume represents the insulating material.
Das Modell wird so aufgebaut, dass es dennoch die reale Doppelwandstruktur 12 abbildet. Hierzu wird erneut Bezug auf Fig. 2 genommen. Die Wände 32, 34 haben eine Länge Ix, welche der mittleren Länge Ix der gekrümmten Wände 22, 28 entlang der Krümmungslinie (in der Mitte zwischen den Wandstrukturen) ent- spricht, und eine Breite ly, die der Breite ly der zu untersuchenden Doppelwandstruktur entspricht. The model is constructed so that it still images the real double wall structure 12. Reference is again made to FIG. 2. The walls 32, 34 have a length lx which corresponds to the mean length lx of the curved walls 22, 28 along the line of curvature (in the middle between the wall structures). speaks, and a width ly, which corresponds to the width of the ly to be examined double wall structure.
Weiter wird bei der realen Doppelwandstruktur 12 das Volumen V0 des Raumes zwischen Innenwand 22 und Außenwand 28 bestimmt. In dem DoppelwandmodellFurther, in the real double wall structure 12, the volume V 0 of the space between the inner wall 22 and the outer wall 28 is determined. In the double wall model
30 wird dann als Tiefe t, d.h. als Abstand zwischen den Wänden 32, 34, der Wert t nach der folgenden Formel angenommen: 30 is then expressed as depth t, i. as the distance between the walls 32, 34, the value t is assumed according to the following formula:
Vo  Vo
t = .  t =.
lx - ly  lx - ly
Alternativ wird konkret die reale Tiefe t der Doppelwandstruktur 12 herangezogen und daraus das Volumen V0 = Ix ly · t berechnet. Alternatively, specifically the real depth t of the double wall structure 12 used and the volume V 0 = Ix ly * t calculated therefrom.
Weiter werden in dem Doppelwandmodell 30 die Massen der ersten Wand 32 und der zweiten Wand 34 als flächenbezogene Massenwerte angenommen, indem die Masse der Innenstruktur mit Innenwand 22 und Innenwand 24 durch die Fläche der Innenstruktur geteilt wird:
Figure imgf000012_0001
Further, in the double-walled model 30, the masses of the first wall 32 and the second wall 34 are assumed to be area-related mass values by dividing the mass of the inner structure with inner wall 22 and inner wall 24 by the area of the inner structure:
Figure imgf000012_0001
Dabei gilt: A0 = Ix · ly. Entsprechend wird die flächenbezogene Masse der zweiten Wand 34 durch Division der Masse der Außenstruktur durch deren Fläche repräsentiert:
Figure imgf000012_0002
In this case: A 0 = I x.l y. Accordingly, the area-related mass of the second wall 34 is represented by dividing the mass of the outer structure by its area:
Figure imgf000012_0002
Man erhält so das in Fig. 3 dargestellte Doppelwandmodell 30, wobei die erste Wand 32 die flächenbezogene Masse nY und die Dimension ly x Ix hat, die zweite Wand 34 die flächenbezogene Masse ms' und die Abmessungen ly x Ix hat und wobei als Abstand zwischen den Wänden 32, 34 die Tiefe t gemäß der obigen Formel angenommen worden ist. Die Schallausbreitungsgeschwindigkeit sowie die Dichte in den Wänden 32, 34 sowie dem Doppelwandhohlraum 36 werden gemäß der jeweiligen Materialauswahl für die reale Doppelwandstruktur 12 ange- nommen. Dabei wird der Doppelwandhohlraum 36 als fluidgefülltes Volumen (Flu- idvolumen) betrachtet. Thus, the double wall model 30 shown in FIG. 3 is obtained, wherein the first wall 32 has the areal mass nY and the dimension ly x Ix, the second wall 34 has the areal mass m s ' and the dimensions ly x Ix and wherein as a distance between the walls 32, 34, the depth t has been adopted according to the above formula. The sound propagation speed and the density in the walls 32, 34 and the double-wall cavity 36 are assumed according to the respective material selection for the real double wall structure 12. In this case, the double-wall cavity 36 is considered as fluid-filled volume (fluid volume).
Dadurch erhält man ein sehr einfaches, aber doch zur Bestimmung des Schall- dämm-Maßes durch die reale Doppelwandstruktur 12 gut geeignetes Doppel- wandmodell 30, dessen akustisches Ansprechverhalten sich recht gut mit den folgenden Methoden berechnen lässt. This results in a very simple double-wall model 30, which is nevertheless well suited for determining the soundproofing dimension through the real double-wall structure 12, whose acoustic response can be calculated quite well with the following methods.
Mit dem Verfahren soll der Energiedurchfluss an Schwingungsenergie von einem Hohlraum mit einem akustischen Schwingungsfeld (diffuses Feld) durch die Dop- pelwandstruktur 12 in einen durch die Doppelwandstruktur 12 getrennten zweiten Hohlraum ermittelt werden. Konkret soll der Durchgang von akustischer Energie von der Außenumgebung 18 durch die Doppelwandstruktur 12 in dem Innenraum 14 ermittelt werden. Wie in Fig. 3 angedeutet, bildet die Außenumgebung 18 demnach einen sendenden Hohlraum 38 und der Innenraum 14 bildet einen empfangenden Hohlraum 40, wobei die akustische Energie durch die Doppelwandstruktur 12 hindurchgeht. The method is intended to determine the energy flow of vibrational energy from a cavity with an acoustic oscillation field (diffuse field) through the double wall structure 12 into a second cavity separated by the double wall structure 12. Specifically, the passage of acoustic energy from the outside environment 18 through the double wall structure 12 in the interior 14 is to be determined. As indicated in FIG. 3, the outside environment 18 accordingly forms a transmitting cavity 38 and the interior 14 forms a receiving cavity 40, the acoustic energy passing through the double-wall structure 12.
Betrachtet man das Doppelwandmodell 30 gemäß Fig. 3, so ist klar, dass hierbei die beiden Wände 32, 34 angeregt werden, aber dass auch die Wände 32, 34 untereinander beeinflussen. Es gibt somit ganz unterschiedliche Eigenformen oder auch Eigenmoden die durch die unterschiedlichen Grenzflächen bestimmt werden. Looking at the double wall model 30 according to FIG. 3, it is clear that in this case the two walls 32, 34 are excited, but that the walls 32, 34 influence one another. There are thus quite different eigenmodes or eigenmodes which are determined by the different interfaces.
Um die Eigenmoden des Doppelwandmodells 30 genauer als bisher mit geringe- rem Rechenaufwand zu bestimmen, wird das System des Doppelwandmodells 30 weiter abstrahiert, indem es in mehrere Untersysteme aufgeteilt wird, die im Folgenden anhand der Darstellung in den Fig. 4 und 5 näher erläutert werden. In order to determine the eigenmodes of the double-walled model 30 more precisely than heretofore with less computational effort, the system of the double-walled model 30 becomes further abstracted by being divided into a plurality of subsystems, which are explained in more detail below with reference to the illustration in FIGS. 4 and 5.
Fig. 4 stellt schematisch Untersysteme für eine SEA-Methode und diesbezügliche resonante und nicht-resonante Pfade dar. Fig. 4 schematically illustrates subsystems for an SEA method and related resonant and non-resonant paths.
Gemäß Fig. 4 gibt es einen ersten Pfad 1 eines direkten Durchgangs durch das Doppelwandmodell 30, wobei die durch die beiden Wände 32, 34 und dem Doppelwandhohlraum 36 bestimmten Eigenmoden vorherrschend sind. Weiter gibt es einen mit 2 gekennzeichneten zweiten Pfad, wo Schwingungen der ersten Wand 32 in den empfangenden Hohlraum übertragen werden. Weiter gibt es den mit 3 gekennzeichneten dritten Pfad, wo die zweite Wand 34 durch den sendenden Hohlraum 38 angeregt wird. Demnach werden die in Fig. 4 näher dargestellten Untersysteme 1 , 2 und 3 aufgestellt, wobei das erste Untersystem 1 aus der ersten Wand 32, der zweiten Wand 34 und dem Doppelwandhohlraum 36 dazwischen gebildet ist, das zweite Untersystem 2 aus der ersten Wand 32 und dem Doppelwandhohlraum 36 gebildet ist und das dritte Untersystem 3 aus der zweiten Wand 34 und dem Doppelwandhohl- räum 36 gebildet ist. 4, there is a first path 1 of direct passage through the double wall model 30, with the eigenmodes determined by the two walls 32, 34 and the double wall cavity 36 being predominant. There is also a second path marked 2, where vibrations of the first wall 32 are transmitted to the receiving cavity. There is also the third path marked 3, where the second wall 34 is excited by the transmitting cavity 38. Accordingly, the subsystems 1, 2 and 3 shown in more detail in Fig. 4 are set up, wherein the first subsystem 1 of the first wall 32, the second wall 34 and the double wall cavity 36 is formed therebetween, the second subsystem 2 of the first wall 32 and the double wall cavity 36 is formed and the third subsystem 3 of the second wall 34 and the double-wall hollow space 36 is formed.
Der Doppelwandhohlraum 36 wird als komplexe Fluidschicht angenommen, und die Wände 32, 34 werden als Massenschichten entsprechend der Paneelmasse der realen Doppelwandstruktur 12 angenommen. The double wall cavity 36 is assumed to be a complex fluid layer, and the walls 32, 34 are assumed to be mass layers corresponding to the panel mass of the real double wall structure 12.
Das Verfahren zur Berechnung des Kopplungsverlustfaktors der realen Doppelwandstruktur 12 lässt sich anhand der Darstellung in dem Flussdiagramm von Fig. 6 wie folgt erläutern: Zunächst werden die in Fig. 5 dargestellten drei Untersysteme, die aus komplexem Fluid und Massenschicht bestehen, gebildet (Schritt A). The method for calculating the coupling loss factor of the real double wall structure 12 can be explained as follows, as illustrated in the flowchart of FIG. 6, as follows: First, the three subsystems shown in Fig. 5 consisting of complex fluid and bulk layer are formed (step A).
Anschließend werden die komplexen Eigenmoden für jedes Untersystem berech- net (Schritt B). Subsequently, the complex eigenmodes for each subsystem are calculated (step B).
Zur Berechnung dieser komplexen Eigenmethoden werden hybride Verfahren eingesetzt, wie sie genau in [3] und [5] beschrieben sind. Es werden demnach beispielsweise für größere Wellenlängen deterministische Verfahren, wie die Metho- de der Finiten Elemente, und für kleinere Wellenlängen statistische Verfahren, wie z.B. die statistische Energieanalyse, eingesetzt. Die konkreten Berechnungsmethoden sind genau in [3] und [5] beschrieben. Für den konkreten Fall des Schalldurchgangs durch Wandstrukturen wurde das Verfahren auch bereits früher in [4] in der Literatur beschrieben. Entsprechend nach diesen Verfahren arbeitende Software ist auf dem Markt erhältlich, z.B. VAOne der Firma ESI Group (ehemals von der Fa. Vibro-Acoustics). Mit den komplexen Eigenmoden lässt sich die modale Impedanzmatrix zur Strahlung in die miteinander verbundenen Untersysteme berechnen (Schritt C). Damit lässt sich der Kopplungsverlustfaktor des Doppelwandkonnektors berechnen. For the calculation of these complex eigen methods hybrid methods are used, as described exactly in [3] and [5]. Thus, for example, for larger wavelengths, deterministic methods, such as the finite element method, and for smaller wavelengths, statistical methods, e.g. the statistical energy analysis used. The concrete calculation methods are described exactly in [3] and [5]. For the specific case of sound transmission through wall structures, the method was also described earlier in [4] in the literature. Software operating according to these methods is available in the market, e.g. VAOne of the company ESI Group (formerly of the company Vibro-Acoustics). With the complex eigenmodes, the modal impedance matrix for radiation in the interconnected subsystems can be calculated (step C). Thus, the coupling loss factor of the double wall connector can be calculated.
Der Doppelwandkonnektor lässt sich so entsprechend auf einfache Art und Weise berücksichtigen. The double wall connector can thus be considered in a simple manner accordingly.
Mit dem so ermittelten Doppelwandkonnektor lässt sich konkret eine SEA durchführen, ähnlich wie bei [1], jedoch mit genauerem Doppelwandkonnektor. Konkret wird mit dem in Fig. 3 dargestellten Doppelwandmodell 30, welches konkret eine Abstraktion der realen Doppelwandstruktur 12 darstellt, sich aber dennoch recht leicht berechnen lässt, eine analytische Modalanalyse durchgeführt. Bei dem hier in Rede stehenden Verfahren wird die Doppelwand abstrahiert. Es werden weiche Massen angenommen und ein Luftvolumen dazwischen, um den Kopplungsverlustfaktor zu berechnen. Concretely, an SEA can be performed with the double-wall connector thus determined, similar to [1], but with a more accurate double-wall connector. Specifically, an analytical modal analysis is performed with the double-wall model 30 illustrated in FIG. 3, which in concrete terms represents an abstraction of the real double-wall structure 12, but nevertheless can be calculated quite easily. In the method in question, the double wall is abstracted. Soft masses are assumed and an air volume between them to calculate the coupling loss factor.
Wie in Fig. 2 dargestellt, wird zur Abstraktion ein gekrümmtes Flugzeugelement mit zwei Spanten 42, 44, einem Zwischenvolumen V0 und einem„lining" (Innenverkleidung 24) zu dem in Fig. 3 dargestellten Doppelwandmodell 30 abstrahiert. Hierzu wird an dem ersten Spant 42 die mittlere Spantlänge Ix genommen, die Breite ly und die Tiefe t. Dies ergibt das abstrahierte Volumen V0. Die Massen sind ähnlich leicht abstrahierbar. Man nimmt einfach die Masse der äußeren Struktur und die Masse der inneren Struktur und normiert oder mittelt diese auf die entsprechenden Flächen. Aus diesen Werten bildet man dann das in Fig. 3 dargestellte rechteckige System mit den entsprechenden Dicken der Wände 32, 34 und des Doppelwandhohlraums 36. Bei dem Verfahren werden hybride Verfahren für die Berechnung des Doppel- wandkonnektors verwendet. Hierzu wird das in Fig. 3 dargestellte analytische Modell der Doppelwandkavität - Doppelwandhohlraum 36 -, deren Vorderseite und Rückseite mit der jeweiligen Flächenmasse der Doppelwandschalen belegt ist, erstellt. Für dieses Doppelwandmodell 30 wird mittels der bekannten hybriden Ver- fahren die Schallübertragung durch dieses System berechnet. As shown in Fig. 2, for abstraction, a curved aircraft element having two frames 42, 44, an intermediate volume V 0 and a lining (inner lining 24) is abstracted to the double wall model 30 shown in Fig. 3. For this purpose, a first frame is used taken 42, the average Spantlänge Ix, the width Ly, and the depth t. this yields the abstracted volume V0. the masses are similar easily abstracted. You simply take the mass of the outer structure and the mass of the inner structure and normalized or averages them to From these values, one then forms the rectangular system shown in Fig. 3 with the respective thicknesses of the walls 32, 34 and the double wall cavity 36. The method uses hybrid methods for calculating the double wall connector in Fig. 3 illustrated analytical model of Doppelwandkavität - double wall cavity 36 -, the front and back with the respective The basis weight of the double wall shells is occupied. For this double wall model 30, the sound transmission is calculated by this system by means of the known hybrid method.
Bei der akustischen Simulation von Doppelwänden ist der Doppelwandeffekt für einen breiten Frequenzbereich dominant. Dieser Frequenzbereich beginnt etwa bei der Doppelwandresonanz von etwa 100 Hz. Man könnte diesen Effekt durch die deterministische Methode der Finiten Elemente berechnen, bei der das gesamte System der Doppelwand in kleine Elemente aufgeteilt wird. Aufgrund des großen Rechenaufwandes ist dieses Verfahren jedoch auf kleinere Untersysteme beschränkt. Ein alternatives Verfahren wäre das sogenannte SEA-Verfahren. Hierbei wird der Doppelwandeffekt unter Verwendung einer analytischen Formulierung berücksichtigt. Bisher erfolgt diese Formulierung allein auf Basis von Transfermatrixmethoden, die unendliche Schichten von Massen und Fluid einsetzen. Die letztendliche Übertragung von Energie wird durch Mittelung über bestimmte Einfallswinkel erhalten. Der Nachteil dieses Verfahrens ist, dass es für Doppelwände realistischer Größe nicht funktioniert und dass es keine gültige Grundregel zur Auswahl des Winkelbereichs zur Mittelung gibt. In the acoustic simulation of double walls, the double wall effect is dominant for a wide frequency range. This frequency range starts at about the double wall resonance of about 100 Hz. This effect could be calculated by the deterministic finite element method, in which the whole system of the double wall is divided into small elements. Due to the large computational effort, this method is limited to smaller subsystems. An alternative method would be the so-called SEA method. Here, the double wall effect is considered using an analytical formulation. So far, this formulation is based solely on transfer matrix methods that use infinite layers of masses and fluid. The ultimate transmission of energy is obtained by averaging over certain angles of incidence. The disadvantage of this method is that it does not work for double walls of realistic size and that there is no valid rule for selecting the angle range for averaging.
Bei dem hier vorgeschlagenen neuen Verfahren werden diese Probleme überwunden. The new method proposed here overcomes these problems.
Allgemein ist das physikalische System, welches hinter dem Doppelwandkonnek- tor steckt, ein System konzentrierte Masse - Hohlraum - konzentrierte Masse. Bei dem Verfahren werden nun die komplexen Eigenmoden dieses Untersystems berechnet, wobei die hybriden Verfahren, die aus [3], [4] und [5] bekannt sind, ver- wendet werden, um den Energiedurchfluss durch die jeweiligen Verbindungen dieses Systems zu berechnen. Die Energieflusspfade, die dabei berücksichtigt werden, sind in Fig. 4 dargestellt und mit 1 , 2 und 3 bezeichnet. Jeder Pfad 1 , 2, 3 wird durch komplexe Moden des Untersystems Hohlraum - konzentrierte Deckwände beschrieben. Die konzentrierten Massen oder Deckwände werden dabei als Membrane ohne Spannung oder Biegesteifigkeit angesehen. Generally, the physical system that is behind the double-walled connector is a system of concentrated mass-cavity-concentrated mass. The method now calculates the complex eigenmodes of this subsystem using the hybrid methods known from [3], [4] and [5] to calculate the energy flow through the respective compounds of that system. The energy flow paths taken into account are shown in FIG. 4 and designated 1, 2 and 3. Each path 1, 2, 3 is described by complex modes of the cavity subsystem - concentrated top walls. The concentrated masses or cover walls are considered as membranes without tension or bending stiffness.
Unter Verwendung eines solchen einfachen Modells mit einfachen Untersystemen werden entsprechende komplexe Eigenmoden dieser Untersysteme erhalten, mit denen der Kopplungsverlustfaktor numerisch im Wege einer Modalanalyse be- rechnet werden kann. Die Genauigkeit ist viel größer als diejenige mit der Transfermatrixmethode. Using such a simple model with simple subsystems, corresponding complex eigenmodes of these subsystems are obtained with which the coupling loss factor can be determined numerically by means of a modal analysis. can be expected. The accuracy is much greater than that with the transfer matrix method.
Das Verfahren berücksichtigt alle lokalen Resonanzen des Doppelwandsystems. Es wird keine Mittelung über Winkel oder dergleichen benötigt. Dies macht es viel einfacher, den Doppelwandeffekt korrekt bei der Berechnung des akustischen Verhaltens der realen Doppelwandstruktur 12 zu berücksichtigen. The method takes into account all local resonances of the double wall system. No averaging over angles or the like is needed. This makes it much easier to correctly account for the double wall effect in the calculation of the acoustic behavior of the real double wall structure 12.
Insgesamt wird ein Verfahren zur hybriden Formulierung des Doppelwandkonnek- tors in der statistischen Energieanalyse erhalten. Overall, a method for the hybrid formulation of the double-walled connector is obtained in the statistical energy analysis.
Die entsprechenden Schritte können in Software implementiert werden und, eventuell zusammen mit bekannten Programmcodes zur Durchführung der hybriden Verfahren, auf einem Computerprogrammprodukt gespeichert werden. Z.B. kön- nen die Subsysteme in die Software für Hybridverfahren eingegeben werden. Allerdings wäre bei derzeit existierender Software noch künstlich ein Modell, zum Beispiel ein FE-Modell, mit den entsprechenden Eigenschaften zu erstellen. The corresponding steps may be implemented in software and stored on a computer program product, possibly together with known program codes for performing the hybrid procedures. For example, The subsystems can be entered in the software for hybrid processes. However, with currently existing software, a model, for example an FE model, with the corresponding properties would have to be created artificially.
Durch Laden eines solchen Programms oder entsprechende Programmierung lässt sich ein Computer zu einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gestalten. By loading such a program or appropriate programming, a computer can be made into a device for carrying out the method.
Bezugszeichenliste: LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Flugzeugrumpfsegment  10 aircraft fuselage segment
12 Doppelwandstruktur  12 double wall structure
14 Innenraum  14 interior
16 Passagierraum 16 passenger compartment
18 Außenumgebung  18 outdoor environment
20 Frachtraum  20 cargo hold
22 Innenwand  22 inside wall
24 Innenverkleidung  24 interior paneling
26 Außenstruktur 26 external structure
28 Außenwand  28 outer wall
30 Doppelwandmodell  30 double wall model
32 erste Wand  32 first wall
34 zweite Wand  34 second wall
36 Doppelwandhohlraum (Double wall cavity; DW cavity) 36 double wall cavity (DW cavity)
38 sendender Hohlraum (Sending Cavity)  38 transmitting cavity (Sending Cavity)
40 empfangender Hohlraum (Receiving Cavity)  40 receiving cavity (Receiving Cavity)
42 erster Spant  42 first frame
44 zweiter Spant  44 second frame
Vo Zwischenvolumen Vo intermediate volume
A Stelle Doppelwandsystemen auf, die aus komplexer Fluidschicht und Masse- schicht(en) bestehen, die der Paneelmasse entsprechen  A site double-walled systems consisting of complex fluid layer and mass layer (s) corresponding to the panel mass
B Berechne komplexe Moden der Untersysteme  B Compute complex modes of the subsystems
C Berechne modale Impedanzmatrix zur Einstrahlung in die verbundenen Un- tersysteme  C Calculate modal impedance matrix for irradiation into the connected subsystems
D Berechne den Kopplungsverlustfaktor für den Doppelwandkonnektor  D Calculate the coupling loss factor for the double wall connector

Claims

Patentansprüche claims
1 . Verfahren zur Bestimmung des Durchganges akustischer Schallenergie durch eine Doppelwandstruktur, die eine erste Wand, eine zweite Wand und einen Doppelwandraum dazwischen umfasst, umfassend: 1 . A method of determining the passage of acoustic sound energy through a double wall structure comprising a first wall, a second wall, and a double wall space therebetween, comprising:
a) Abstraktion der Doppelwandstruktur als Doppelwandmodell durch Aufteilung in mehrere Untersysteme, die aus einem den Doppelwandraum darstellenden Flu- idvolumen und wenigstens einer eine der Wände darstellenden Masseschicht gebildet sind, die an das Fluidvolumen angrenzt und die der Masse der Wand ent- spricht, a) abstraction of the double wall structure as a double wall model by division into a plurality of subsystems, which are formed from a volume of fluid representing the double wall space and at least one mass layer representing one of the walls, which adjoins the fluid volume and which corresponds to the mass of the wall,
b) Berechnen der komplexen Eigenmoden für die Untersysteme, b) calculating the complex eigenmodes for the subsystems,
c) Berechnen der modalen Impedanzmatrix für Schalleinleitung in die verbundenen Untersysteme und c) calculating the modal impedance matrix for sound introduction into the connected subsystems and
d) Berechnung des Kopplungsverlustfaktors für die Doppelwandstruktur. d) calculation of the coupling loss factor for the double wall structure.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , 2. The method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass wenigstens einer der Berechnungsschritte mittels hybrider Formulierung der Doppelwandstruktur oder der Untersysteme durchgeführt wird, wobei für größere Wellenlängen eine deterministische Bestimmungsmethode und für kleinere Wellenlänge eine statistische Bestimmungsmethode durchgeführt wird. in that at least one of the calculation steps is carried out by means of hybrid formulation of the double-wall structure or of the subsystems, wherein a deterministic determination method is carried out for longer wavelengths and a statistical determination method for smaller wavelengths.
3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, 3. Method according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass Schritt a) enthält: that step a) contains:
Erstellen eines ersten Untersystems, das aus der ersten Wand, dem Doppelwandraum und der zweiten Wand besteht,  Creating a first subsystem consisting of the first wall, the double wall space and the second wall,
Erstellen eines zweiten Untersystems, das aus dem Doppelwandraum und der zweiten Wand besteht, Erstellen eines dritten Untersystems, das aus der ersten Wand und dem Doppelwandraum besteht. Creating a second subsystem consisting of the double wall space and the second wall, Create a third subsystem consisting of the first wall and the double wall space.
4. Verfahren nach Anspruch 2 und nach Anspruch 3, 4. The method according to claim 2 and claim 3,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass mittels der hybriden Formulierung der Energiedurchgang durch jedes des ersten bis dritten Untersystems bestimmt wird. that by means of the hybrid formulation the energy passage through each of the first to third subsystems is determined.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, 5. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass jede der Eigenmoden der Untersysteme als komplexe Eigenmode in einer Modalanalyse des gesamten Doppelwandmodells eingesetzt wird, um den Kopplungsverlustfaktor numerisch zu berechnen. that each of the eigenmodes of the subsystems is used as a complex eigenmode in a modal analysis of the entire double-wall model to numerically calculate the coupling loss factor.
6. Computerprogrammprodukt, das in einen Computer geladen werden kann und das Procramcodes enthält, um das Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche auf dem Computer durchzuführen. A computer program product that can be loaded into a computer and that contains program codes for performing the method of any one of the preceding claims on the computer.
7. Vorrichtung zur Bestimmung des Durchganges akustischer Schallenergie durch eine Doppelwandstruktur, die eine erste Wand, eine zweite Wand und einen Doppelwandraum dazwischen umfasst, wobei die Vorrichtung umfasst: An apparatus for determining the passage of acoustic sound energy through a double wall structure comprising a first wall, a second wall, and a double wall space therebetween, the apparatus comprising:
a) eine Abstraktionseinheit zur Abstraktion der Doppelwandstruktur als Doppelwandmodell durch Aufteilung in mehrere Untersysteme, die aus einem den Doppelwandraum darstellenden Fluidvolumen und wenigstens einer eine der Wände darstellenden Masseschicht gebildet sind, die an das Fluidvolumen angrenzt und die der Masse der Wand entspricht, a) an abstraction unit for the abstraction of the double wall structure as a double wall model by division into a plurality of subsystems, which are formed from a volume of fluid representing the double wall space and at least one mass layer representing one of the walls, which adjoins the fluid volume and which corresponds to the mass of the wall,
b) eine Eigenmode-Berechnungseinheit zum Berechnen der komplexen Eigenmoden für die Untersysteme, b) a eigenmode calculation unit for calculating the complex eigenmodes for the subsystems,
c) eine Impedanzmatrix-Berechnungseinheit zum Berechnen der modalen Im- pedanzmatrix für Schalleinleitung in die verbundenen Untersysteme und d) eine Kopplungsverlustfaktorberechnungseinheit zum Berechnen des Kopplungsverlustfaktors für die Doppelwandstruktur. c) an impedance matrix calculation unit for calculating the modal impedance matrix for sound introduction into the connected subsystems and d) a coupling loss factor calculation unit for calculating the coupling loss factor for the double wall structure.
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