모드 확장법 및 구성 요소 기반 전달 경로 분석을 이용한 전투차량 파워팩 공기기인 소음 예측

키워드

확장요약문

전투차량 파워팩은 엔진, 변속기, 냉각장치를 포함하는 모듈을 의미하며, 운전 시 구조기인소음과 공기기인소음이 발생한다. 이러한 소음은 장병의 인체에 유해하며 피탐지성 측면에서도 불리하다. 이를 개선하기 위해 음압 레벨(sound pressure level, SPL)을 고려한 저소음 설계가 요구된다. 이를 위해서는 우선적으로 각 소음원 기여도 분석 및 실내외 소음 예측이 필요하다. 본 연구는 그중 공기기인 소음에 한정하여 진행하였다. 구성 요소 기반 전달 경로 분석(component-based transfer path analysis, component-based TPA)은 파워팩 가진부 특성을 수신부와 독립적으로 식별하여, 수신부가 바뀌더라도 사용할 수 있는 불변 하중을 취득한다. 공기기인 구성 요소 기반 TPA의 불변 하중은 체적 가속도로, 시험대와 체계 내 마운트 경계조건이 같을 때 공기기인 소음원 정량화(acoustic source quantification, ASQ)를 통해 취득 가능하다. ASQ는 소음원 표면을 목표 주파수 파장 절반 이하 크기의 패치들로 나누어, 공기기인 소음을 예측하는 기법이다. 하지만 파워팩과 같이 큰 물체의 경우, 수많은 패치의 가속도를 모두 측정하는 것이 현실적으로 불가능하다. 이러한 한계를 해결하기 위해 이 연구에서는 모드 확장법(modal expansion method, MEM)을 통해 얻은 표면 전체 가속도를 사용하여, 구성 요소 기반 TPA를 진행하는 새로운 방법을 제안한다.

본 연구에서는 아직 연구된 바 없는 파워팩에 MEM을 적용하여 표면 진동장 예측을 진행하였다. 우선 전역-국부 지표를 사용하여 중첩 모드를 선정하였다. 선정된 모드들의 기여도를 실험 가속도와 해석 모드 형상을 이용해 계산하고, 이를 바탕으로 파워팩 표면 전체 진동장을 예측하였다. 그 진동장을 가진부로 인가하여 방사소음 해석을 진행하고, 실험-해석 SPL을 비교하여 MEM을 통해 얻은 소음원의 정확도를 검증했다. 이후 구성 요소 기반 TPA를 사용하여 파워팩 공기기인 소음 예측을 진행했다. MEM을 통해 얻은 체적 가속도와 실험을 통해 얻은 음향 전달 함수를 결합하여 체계 내 목표 위치의 공기기인 소음을 예측하고, 실측 소음과 비교하여 그 유효성을 확인했다.