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流体騒音解析

PowerFLOW®は、今日の自動車業界で最も活用されている流体騒音シミュレーションCFDツールです。以下の現象をはじめとして、幅広い流体騒音現象のシミュレーションにPowerFLOWは活用されています。

• 風切音: 車両表面の流体力学的および音響学的圧力変動
• バフェティング: サンルーフやサイドウィンドウなどの開口部で発生する低周波ノイズ
  

主な特徴

騒音現象は、圧縮性と非定常性で定義されます。PowerFLOWの基礎をなす格子ボルツマン法は、圧縮性と非定常性の特性に基づく手法であるため、騒音現象の解析に最適です。PowerFLOWを用いることにより、車両の流体騒音品質に関連する重要な流れの現象をすべて捕らえることができます。また、流体力学的および騒音力学的な変動を捕らえ、その影響を組み合わせて解析できるという点において、PowerFlowはこの分野で他に類を見ないツールです。

PowerFLOWのシミュレーションは、常に非定常で時間精度が高いため、流体騒音を引き起こす流体領域のあらゆるポイントの圧力変動を常に自動的に捕らえることができます。また、PowerFLOWので使用される時間ステップは通常非常に細かいため、10KHz程度の周波数まで捕らえることができます。

 

 

 

 

 

 

 

ドアミラー上で発生する風切音の解析。モデルA（左）では、モデルB（右）と比較してより大きなウェークが発生している。空力/流体騒音シミュレーションでは、部品によって発生する風切音の領域を即座に特定できるので、乗客の快適性を大幅に向上するように設計することができる。

風切音

風切音は、自動車業界の顧客満足度調査において常に上位に挙げられる懸念事項の1つです。新型車両でのエンジンノイズ・ローリングノイズの低減が進めば、風切音に対する重要性はさらに高まります。 PowerFLOWを導入することにより風洞実験を行う前に、開発の初期段階で風切音を引き起こす流体騒音源を検出し、改善案を導き出すことができます。

PowerFLOWでは、以下のような風切音のシミュレーションを行うことができます。

• サイドウィンドウ、フロントガラス、およびルーフ周囲の中周波数帯域から高周波数帯域にかけての変動のシミュレーション
  これらの変動は、ドアミラー、フロントピラー、およびフロントガラスのワイパーなどが引き起こす大小の流れのはく離により発生します。PowerFLOWは、車両外側の流体騒音源を予測します。また、SEA（統計的エネルギー解析）ツールとの組み合わせで、車両内部へのノイズの伝播を計算できます。各種周波数帯の変動を可視化し、騒音源の特定・除去するための、強力な可視化機能も提供します。

• 車両アンダーボディー領域の低周波数変動シミュレーション
  アンダーボディーの複雑な形状によって発生する流れのはく離は、中速および高速走行時の低周波数ノイズの主な原因となります。PowerFLOWは、これらの変動を高い信頼性を持って予測できるため、その変動データをさらに振動音響の統計解析ツールに入力して車両内部への伝播シミュレーションを行うことができます。

• パーツから発生する笛吹音
  周波数スペクトルで明確なピークとして示されるこのノイズは、ルーフラック、フロントガラスのワイパー、またはグリルなど車両の小さな形状周辺の流れのはく離で発生します。PowerFLOWのシミュレーションで作成された周波数スペクトルを用いてこれらのノイズを特定することができます。

  
  

ドアミラー上で発生する風切音の解析（続き）。モデルA（左）は元形状のシミュレーション、モデルB（右）は形状変更後のシミュレーション。

バフェティング（ウィンドスロップ）

低周波数のバフェティングノイズは、サンルーフやサイドウィンドウなどの開口部で発生し、多くの車両において特定の走行速度で発生する最も厄介な流体騒音です。バフェティングノイズは、サンルーフやサイドウィンドウなどの開口部の先端で発生する周期的なはく離流れによる圧力変動と車室キャビンの音響モードの組み合わせによって発生します。これをシミュレーションツールで捕らえるには、PowerFLOWの特長である、流体力学的作用と音響作用の組み合わせが必要です。

サンルーフ開口部と車両内部を詳細に表し、異なる走行速度でPower FLOWのシミュレーションを実行することで、バフェティング現象の開始速度、ピーク速度、および終了速度を求めることができます。これに対して、さまざまな形状やサイズのディフレクタといった通常行う改善措置、さらにはいろいろなサイズのサンルーフやその配置といった、実験によるテストでは困難または不可能であり、あまり一般的には行われない改善措置まで、PowerFLOWならすべて即座にテストすることができます。

検証

単純なアカデミックケースから完全な形状詳細を再現した車両全体までの各種検証ケースの組み合わせにより、PowerFLOWにおける流体騒音機能は徹底的に検証されています。風切音とバフェティングの解析結果例の資料はユーザーセンターから参照できます。

 

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