علوم و فناوری فضایی

علوم و فناوری فضایی

طراحی مافلر انعکاسی جهت کنترل نوفه‌‌‌ی آکوستیک در مأموریت‌های فضایی: رویکرد تحلیلی-عددی

نوع مقاله : مقالة‌ پژوهشی‌

نویسنده
استادیار، پژوهشگاه هوافضا، وزارت علوم، تحقیقات و فناوری، تهران، ایران
چکیده
یکی از مهم‌ترین چالش‌ها در مأموریت‌های فضایی کنترل سطح صوت درون محفظه می‌باشد. جهت کنترل نویز از مافلرها یا صدا خفه‌کن‌ها استفاده می‌شود. در پژوهش حاضر، در ابتدا کارایی یک صداخفه‌کن انعکاسی در ساده ترین حالت به صورت تحلیلی و عددی بررسی می‌شود. با توجه به بررسی تحلیلی مافلر پایه، بیشینه عملکرد در ضرائب فرد π/2 و کمینه عملکرد در ضرائب صحیح عدد π اتفاق می‌افتد. با توجه به تحلیل‌های انجام شده افزونه‌هایی از نوع لوله‌های گسترش یافته با طراحی به دست آمده در قسمت تحلیلی به آن افزوده می‌شود. کارایی مافلر انعکاسی با توجه به پارامتر اتلاف عبوری صوت و به کارگیری ماتریس انتقال محاسبه و با حل عددی مقایسه شده است. نتایج نشان می‌دهند که عملکرد به دست آمده از حل عددی، علیرغم تطابق کلی با نتایج تحلیلی، تفاوت‌هایی با آن دارد. به طور مشخص در فرکانس‌های بیشتر از 1370 هرتز، اثرات غیر اید‌ه‌آل در نتایج عددی دیده می‌شوند. با افزایش فرکانس، جبهه موج آکوستیک درون محفظه از حالت صفحه‌ای خارج می‌شود و این موضوع باعث اختلال در عملکرد مافلر با افزایش فرکانس‌ می‌شود. امواج غیر صفحه‌ای مابین دو لوله مافلر با دو لوله افزایشی به طول L/2 و L/4 در فرکانس تشدید 1026 هرتز و 1371 تشکیل شده‌اند. هرچند تشکیل امواج غیر صفحه‌ای در عملکرد مافلر اختلال ایجاد می‌کند، ولی با این وجود کماکان مافلر با یک لوله توسعه یافته L/2، عملکرد بهتری از مافلر پایه و مافلر با دو لوله توسعه یافته L/2 و L/4، بهترین عملکرد از بین مافلرهای بررسی شده را دارد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1]   I. Dandaroy, S. R. Chu, J. Dornak, and C. S. Allen, "Development of acoustic mufflers for cabin noise reduction in Orion spacecraft," in INTER-NOISE and NOISE-CON Congress and Conference Proceedings, Washington, D.C., USA, 2021, pp. 568–576, https://doi.org/10.3397/IN-2021-1568.
[2]   C. S. Allen, "Internal acoustics of the ISS and other spacecraft," in The Annual Conference of the Australian Acoustical Society, Perth, Australia, 2017, Paper JSC-CN-40479.
[3]   C. Allen, "Quiet spacecraft cabin ventilation fan development: Motivation and context," in INTER-NOISE and NOISE-CON Congress and Conference Proceedings, Grand Rapids, Michigan, 2023, pp. 426–434, https://doi.org/10.3397/NC_2023_0065.
[4]   J. R. Goodman, "Acoustics inside the space shuttle orbiter and the International Space Station," SAE, Tech. Rep. 2009-01-2247, 2009, https://doi.org/10.4271/2009-01-2247.
[5]   J. R. Goodman and F. W. Grosveld, "Acoustics and noise control in space crew compartments," NASA, Rep. SP-2015-624, 2015.
[6]   Z. Hu, C. Zhang, and L. Chen, "Simulation analysis of flow and acoustic characteristics of exhaust muffler of rolling rotor compressor," in Journal of Physics: Conference Series, 6th World Conference on Mechanical Engineering and Intelligent Manufacturing, Wuhan, China, vol. 2862, 2024, Art. no. 12026, https://doi.org/10.1088/1742-6596/2862/1/012026.
[7]   D. Suwandi, J. Middelberg, K. P. Byrne, and N. J. Kessissoglou, "Predicting the acoustic performance of mufflers using transmission line theory," in ACOUSTICS 2005, Busselton, Australia, 2005, pp. 181–187.
[8]   Y. Bai, Y. Chen, and J. Zheng, "Experimental study and acoustic characteristics analysis of defective-state Helmholtz-ring phononic crystal muffler," PREPRINT (Version 1) available at Research Square, 2024, https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-4963361/v1.
[9]   U. Kalita and M. Singh, "Optimization of reactive muffler through pressure acoustic analysis and Taguchi approach," Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, vol. 45, 2023, Art. no. 98, https://doi.org/10.1007/s40430-023-04023-1.
[10] M. L. Munjal, Acoustic of Ducts and Mufflers, 2nd Ed., Jhon wiley Sons, 2014.
[11] R. Amuaku, E. A. Asante, A. Edward, and G. B. Gyamfi, "Effects of chamber perforations, inlet and outlet pipe diameter variations on transmission loss characteristics of a muffler using Comsol multiphysics," Advances in Applied Sciences, vol. 4, no. 6, pp. 104-109, 2019, https://doi.org/10.11648/j.aas.20190406.11.
[12] R. Gavit and K. Wani, "Muffler transmission loss optimization for a vehicle using genetic algorithm," in Smart Sensors Measurement and Instrumentation: Select Proceedings of CISCON 2021, S. Chokkadi and R. Bandyopadhyay, Eds. Springer Singapore, 2023, pp. 1–17, https://doi.org/10.1007/978-981-19-6913-3_1.
[13] B. Mohamad, J. Karoly, A. Zelentsov, and S. Amroune, "Investigation of perforated tube configuration effect on the performance of exhaust mufflers with mean flow based on three-dimensional analysis," Archives of Acoustic, vol. 46, no. 3, pp. 561–566, 2021, https://doi.org/10.24425/aoa.2021.138148.
[14] K. S. Oh, H. Chung, and J. H. Oh, "Topology optimization using reinforcement learning for designing the inside layout of a muffler," Available at SSRN, 2024, Art. no. 4953398, http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.4953398.
[15] Y. C. Chang, M. C. Chiu, and M. R. Wu, "Acoustical simulation of a muffler internally inserted with an extended tube using the FEM," Journal of Information and Optimization Sciences, vol. 40, no. 1, pp. 47–62, 2019, https://doi.org/10.1080/02522667.2017.1413042.
[16] F. Rafique, J. H. Wu, C. R. Liu, and F. Ma, "Transmission loss analysis of a simple expansion chamber muffler with extended inlet and outlet combined with inhomogeneous micro-perforated panel (iMPP)," Applied Acoustics, vol. 194, 2022, Art. no. 108808, https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2022.108808.
[17] E. Dokumaci, "Effect of sheared grazing mean flow on acoustic transmission in perforated pipe mufflers," Journal of Sound and Vibration, vol. 283, no. 3–5, pp. 645–663, 2005, https://doi.org/10.1016/j.jsv.2004.05.018.
[18]         N. K. Vijayasree and M. L. Munjal, "On an integrated transfer matrix method for multiply connected mufflers," Journal of Sound and Vibration, vol. 331, no. 8, pp. 1926–1938, 2012, https://doi.org/10.1016/j.jsv.2011.12.003.
دوره 18، شماره 2
1404
صفحه 41-50

  • تاریخ دریافت 30 دی 1403
  • تاریخ بازنگری 13 بهمن 1403
  • تاریخ پذیرش 20 بهمن 1403
  • تاریخ اولین انتشار 08 اسفند 1403