Modelloptimierung für die numerische Kabinenlärmvorhersage von Flugzeugen auf Basis eines Energiekorrelationskriteriums

Kurzfassung

Zur Sicherstellung einer hohen Vorhersagequalität des Kabinenlärms im frühen Flugzeugentwurf mittels numerischer Finite Elemente Analysen bedarf es valider, hochdetaillierter vibroakustischer Modelle der Rumpfstruktur und Kabinenbauteile. Allerdings besteht eine hohe Sensitivität des dynamischen Systemverhaltens bezüglich Modellannahmen, struktureller Details und Idealisierung, was den Bedarf an der Identifikation von Modellierungsrichtlinien für vibroakustische Finite Elemente Modelle hervorhebt. Insbesondere die Optimierung von Steifigkeitsparametern der Nietverbindungen in der primären Rumpfstruktur hat im Rahmen vorhergehender Studien ein hohes Potential zur Erhöhung der Prognosegüte aufgezeigt. Während frühere Ansätze auf klassische Metriken, wie das Modal Assurance Criterion (MAC) oder das Frequency Domain Assurance Criterion (FDAC) zurückgreifen, ist deren Einsatzfähigkeit im höheren Frequenzbereich aufgrund der zunehmenden modalen Dichte und des lokalen Strukturverhaltens auf den niedrigen Frequenzbereich begrenzt. Die vorliegende Studie untersucht daher die Verwendung des Energy Correlation Criterion (ECC) als Zielfunktion zur Modelloptimierung über einen erweiterten Frequenzbereich. Im Gegensatz zum MAC oder FDAC zeichnet sich das ECC durch eine robustere Korrelation im mittleren und hohen Frequenzbereich aus, da es auf einer Integration über Substrukturen und Frequenzbänder basiert. Am Anwendungsbeispiel des Acoustic Flight-LABs validieren die Untersuchungen das ECC als geeignete und robuste Zielfunktion zur Optimierung dynamischer Modelle und bestätigen eine Steigerung der Modellgüte über weite Frequenzbereiche. Im Vergleich zur Modelloptimierung auf Basis des FDAC zeigt sich eine breitbandige Steigerung der Energiekorrelation, während implizit auch die Ausrichtung der Hauptdiagonalen des FDAC profitiert. Damit schafft der vorliegende Beitrag eine verbesserte Grundlage für die Entwicklung von Modellierungsrichtlinien, die eine fundierte Bewertung von Lärmminderungsmaßnahmen ermöglichen und langfristig zu einer erhöhten Lärmreduktion sowie einem verbesserten Passagierkomfort beitragen.