Uçaklarda Gürültü Azaltımı: Akustik Kamera

Yer: DLR Akustik iletim departmanı – https://www.dlr.de/DE/Home/home_node.html
İtki Teknolojisi Enstitüsü’nün araştırma çalışmaları, uzay ve elektrik enerjisi üretiminde gaz türbinlerinin geliştirilmesine odaklanmıştır. Mevcut tüm Ar-Ge projeleri öncelikle egzoz ve gürültü emisyonunun azaltılması olarak verimlilik, gelişimsel risk, güvenlik ve çevresel konularla ilgili olarak toplum ve sanayinin ihtiyaç ve gereksinimlerine yöneliktir.

Giriş

İletim Akustiği Bölümü’nün odak noktası, akışkan dinamiğindeki sabit olmayan süreçlerdir. Mevcut çalışma alanları iletim akustiği ve gürültüyü azaltmak için türbülansa bağlı sürtünme olaylarının azaltılması ve yanma odalarında sabit olmayan durum süreçlerinin etkisi üzerine yapılan araştırmalardır. Bölüm, akustik ölçümleri nicel ve nitel düzeyde değerlendirmek için çok çeşitli farklı ölçüm teknolojileri ve süreçleri kullanmaktadır.

Uygulama açıklaması

Bir örnek, İletim Akustiği Bölümü tarafından geliştirilen akustik kameradır. Bu cihaz, uçuş halindeki bir hava taşıtındaki gürültü kaynaklarını araştırmak için kullanılabilir. Başlıca gürültü kaynaklarına ek olarak, tahrik sistemleri, kanatlarda ve iniş takımlarındaki aerodinamik ses kaynakları bulunabilir ve tanımlanabilir. Bu tür ölçümlerden elde edilen veriler daha sessiz uçakların yapılmasına yardımcı olmak için kullanılabilir. DLR, aynı zamanda, akustik kamerayı kullanarak uçakta iniş yaparken oluşan türbülansını da çalışabilmiştir. Bu, uçuş güvenliğinde ileriye doğru atılmış önemli bir adımdır. DLR’nin akustik kamerası tipik 20 ila 40 m çapında bir alanı tarayabilen 200 mikrofon içerir. Verileri kaydetmek ve analiz etmek için özel olarak geliştirilmiş kurum içi cihazlar ve yazılımlar kullanılır.

Bölüm, Berlin Teknoloji Üniversitesi’ndeki ISTA (Institut für Strömungsmechanik und Technische Akustik – Akışkanlar Mekaniği ve Teknik Akustik Enstitüsü) merkezindedir.
Bu iki organizasyon onlarca yıldır yakından çalışmaktadır.

Akustik kamera ile kaynak yerelleştirme

Gürültü azaltma çalışmasının ilk adımı, gürültünün nereden geldiğini belirlemektir. Tek mikrofonla yapılan seviye ölçümü toplam sesi verir ama kaynağı göstermez. Mikrofon dizisi (array) kullanan akustik kameralar, farklı mikrofonlara ulaşan sesin varış zamanı farkını değerlendirerek ses kaynaklarının konumunu görüntü üzerine haritalar.

Uçak uygulamasında bu yöntem, motor gürültüsü ile aerodinamik gürültüyü birbirinden ayırt etmeyi mümkün kılar. İniş takımları, kanat firar kenarı ve flap bölgeleri, motor dışı aerodinamik gürültünün başlıca kaynakları arasındadır.

Uçuş ve yer testlerinde ölçüm koşulları

Yer testleri kontrollü koşullar sunar; motor tek başına, sabit bir çalışma noktasında incelenebilir. Ancak gerçek uçuş koşullarındaki hava akışı, yer testinde birebir oluşturulamaz. Bu nedenle iki yaklaşım birbirini tamamlar.

Uçuş testlerinde ölçümü zorlaştıran etkenler; hareketli kaynak nedeniyle oluşan Doppler kayması, değişken atmosferik yutulma ve rüzgâr kaynaklı mikrofon gürültüsüdür. Doppler etkisinin sonuçlara yansımaması için ölçüm verisinin uçağın konum ve hız bilgisiyle birlikte işlenmesi gerekir.

Veriden tasarıma giden yol

Ölçüm çıktısı yalnızca bir gürültü haritası değildir; tasarım kararlarına girdi olur. Baskın kaynağın frekans içeriği belirlendikten sonra, o banda yönelik çözümler değerlendirilir: geometri değişikliği, akış ayrılmasını geciktiren yüzey düzenlemeleri veya ses yutucu malzeme uygulaması.

Her değişiklikten sonra ölçümün tekrarlanması, iyileştirmenin gerçekten hedeflenen kaynağı azaltıp azaltmadığını gösterir. Aksi halde bir kaynağı bastırırken ikinci bir kaynağın baskın hale gelmesi mümkündür.

Gürültü kaynaklarının frekans imzası

Bir uçakta duyulan toplam gürültü tek bir kaynaktan gelmez; her kaynağın kendine özgü bir frekans içeriği vardır. Fan ve kompresör gibi dönen elemanlar, kanat sayısı ile devrin çarpımına bağlı belirgin tonal bileşenler üretir. Jet akışı ve türbülans kaynaklı sesler ise geniş bantlıdır, belirli bir tonu yoktur.

Bu ayrım pratikte çok işe yarar: ölçülen spektrumda keskin tepe değerleri görülüyorsa kaynak büyük olasılıkla dönen bir bileşendir ve devir bilgisiyle ilişkilendirilebilir. Geniş banda yayılmış enerji ise akış kaynaklıdır ve çözümü aerodinamik tasarımdadır.

Ölçümde referans ve tekrarlanabilirlik

Gürültü azaltma çalışmalarında en sık yapılan hata, iyileştirme öncesi ve sonrası ölçümlerin farklı koşullarda alınmasıdır. Motor çalışma noktası, hava sıcaklığı, rüzgâr ve mikrofon konumu değişmişse, aradaki fark yapılan iyileştirmeye değil koşullara ait olabilir.

Bu nedenle karşılaştırmalı testlerde ölçüm koşulları yazılı olarak sabitlenir ve her ölçümde kaydedilir. Atmosferik koşulların ses yutulmasına etkisi, özellikle uzun ölçüm mesafelerinde ve yüksek frekanslarda dikkate alınmalıdır.

Kabin içi gürültü ayrı bir problemdir

Dışarıya yayılan gürültü ile kabin içinde duyulan gürültü farklı mekanizmalarla oluşur ve farklı çözümler gerektirir. Dış gürültüde amaç çevreye yayılan sesi azaltmak, kabin içinde ise yolcu konforunu iyileştirmektir.

Kabin içi sesin bir bölümü hava yoluyla, bir bölümü ise yapı üzerinden titreşim olarak iletilir. Bu iki yolun payı ölçümle ayrıştırılmadan yapılan iyileştirmeler beklenen sonucu vermeyebilir: yalıtım malzemesi hava yoluyla gelen sesi azaltır ama yapı kaynaklı iletimi büyük ölçüde olduğu gibi bırakır.

Bu nedenle kabin akustiği çalışmalarında akustik ölçüm ile titreşim ölçümü birlikte yürütülür.