Sử dụng mô phỏng Ansys Acoustics để giúp giảm tiếng ồn của máy bay không người lái.
Máy bay không người lái đã trở nên phổ biến trong những năm qua như một thú vui giải trí và ngày nay đang có đà phát triển nhanh chóng trong không gian thương mại. Các công ty đã bắt đầu nghiên cứu việc sử dụng máy bay không người lái cho nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm phân phối hàng hóa, trinh sát quân sự, dịch vụ khẩn cấp, giám sát môi trường, đưa tin truyền thông và hơn thế nữa. Khi việc sử dụng máy bay không người lái tăng lên ở các khu vực thành thị và ngoại ô, tiếng ồn của máy bay không người lái đã trở thành một vấn đề.
Tiếng ồn của máy bay không người lái bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm:
- Kích thước và cách lắp động cơ
- Đường kính cánh quạt, hình dạng và tốc độ quay
- Hình dạng máy bay
- Tác động của môi trường
Ansys đã phát triển một giải pháp hợp lý hóa để dự đoán cả trường dòng chảy không ổn định do máy bay không người lái tạo ra khi bay và tiếng ồn khí động học sinh ra do các cánh quạt quay bằng cách kết hợp sức mạnh của tính toán động lực học chất lưu () và các kỹ thuật phân tích âm thanh tiên tiến.
Mô hình máy bay không người lái
Trong bản phát hành phần mềm Ansys mới nhất, 2021 R1, chúng tôi đã giới thiệu một quy trình phân tích âm thanh mới kết hợp mô phỏng Ansys Fluent với Ansys VRXPERIENCE Sound, cho phép sử dụng các kỹ thuật phân tích âm thanh nâng cao hơn để phân tích các tín hiệu áp suất âm thanh được tính toán bởi . Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về những khả năng này, hãy đăng ký hội thảo trên web theo yêu cầu này (Analyzing Quadcopter Drone Propeller Noise Using Ansys CFD)
Khả năng của VRXPERIENCE Sound bao gồm:
- Tạo các tệp âm thanh (.wav) dựa trên tín hiệu áp suất âm thanh do tạo ra, cho phép bạn nghe âm thanh!
- Tích hợp tính toán các chỉ số phản ứng tâm lý âm học (), với một báo cáo đầy đủ về các chỉ số như độ ầm ĩ, âm sắc, độ sắc nét và chỉ số nghe được (articulation index).
- Khả năng sử dụng các hàm truyền âm, cho phép bạn chuyển đổi một tín hiệu áp suất tính toán được tại một vị trí tới xem các chỉ số âm thanh ở một vị trí khác.
Thiết lập mô phỏng
Mô hình máy bay không người lái 4 cánh quạt (quadcopter) được phát triển như một cách để thể hiện khả năng dự đoán của Fluent và âm học khí động (aeroacoustics). Mỗi cánh quạt quay trong một vùng lưới trượt (sliding mesh) với tốc độ quay cố định, các hướng quay được thiết lập dựa trên hướng quay ngược chiều được thấy trong hầu hết các máy bay không người lái quadcopter.
Đối với phân tích này, giả định rằng máy bay không người lái đang ở chế độ bay lơ lửng ở khoảng cách 10 mét so với người quan sát. Hình học của máy bay không người lái đã được đưa vào Fluent meshing để tạo ra lưới Mosaic 16 triệu phần tử đa diện lõi lục diện (poly-hexcore) với đối tượng ảnh hưởng (bodies of influence – boi) được sử dụng để tinh chỉnh các vùng gần thân và cánh quạt. Các vùng tinh chỉnh này đã giúp tăng độ phân giải của trường dòng chảy không ổn định trong vùng lân cận của cánh quạt, động cơ và giá gắn động cơ.
Mô hình lưới máy bay không người lái
Mô phỏng tức thời (transient) được thiết lập là một dòng chảy rối, không ổn định, nén được trong Fluent. Rối được mô hình hóa bằng cách sử dụng mô hình LES / RANS kết hợp để nắm bắt các cấu trúc trường dòng chảy quy mô nhỏ trong vùng lân cận của các cánh quạt đang quay. Như thể hiện trong hình bên dưới, sự tương tác của cánh quạt với kết cấu máy bay không người lái và giá gắn động cơ tạo ra "xung" áp suất, đó là một trong những yếu tố chính góp phần tạo ra tiếng ồn từ máy bay không người lái.
Mô phỏng đánh giá xung áp suất từ cánh máy bay không người lái
Mô hình tương tự âm học của Ffowcs Williams-Hawkings (FW-H) đã được sử dụng và các mặt chung lưới thấp hơn gần các cánh quạt được xác định là bề mặt nguồn. Mười vị trí điểm thu khác nhau đã được xác định để phân tích tiếng ồn từ các vị trí khác nhau bên dưới máy bay không người lái. Sau khi lời giải tức thời được thực hiện để cho phép trường dòng chảy rối đạt đến điều kiện ổn định thống kê (statistically-steady) (như được thấy trong biểu đồ lịch sử lực nâng - Lift history bên dưới), mô hình đã được thiết lập để thu thập dữ liệu áp suất âm thanh tại các bề mặt nguồn gần mỗi cánh quạt. Dữ liệu này được lưu trữ để hậu xử lý âm thanh trong Fluent.
Đồ thị giám sát tiếng ồn theo thời gian
Phân tích âm học khí động để dự đoán tiếng ồn của máy bay
Mức áp suất âm thanh tổng thể tại các điểm thu
Mức áp suất âm thanh tổng thể (OASPL) được tính toán cho từng vị trí điểm thu trong mô hình và được thể hiện trong bảng. Sự khác nhau trong OASPL quan sát được, cho thấy rằng một người quan sát mặt đất sẽ nghe thấy sự khác biệt về mức độ tiếng ồn của máy bay không người lái tùy thuộc vào vị trí của họ so với máy bay không người lái.
Phân tích chi tiết hơn về mức áp suất âm thanh (SPL) được hiển thị trong biểu đồ phổ cho một trong các vị trí quan sát. Có thể thấy rằng âm thanh có chứa thành phần tần số đi qua cánh mạnh cùng với sóng điều hòa bậc cao. Những tần số này chi phối về dấu hiệu tiếng ồn so với tiếng ồn băng thông rộng tần số cao hơn. Điều này phù hợp với quan sát sự nhiên của chúng ta về tiếng ồn của máy bay không người lái vì chúng ta có thể nghe thấy âm thanh "vo ve" rõ ràng từ các cánh quạt của máy bay không người lái khi nó bay trên đầu.
Các đồ thị phổ như thế này có thể được biến thành các tệp âm thanh thực bằng cách sử dụng công cụ phân tích âm thanh VRXPERIENCE Sound bên trong Fluent. Ngoài ra, các công cụ phân tích tâm lý học âm thanh có thể cung cấp thông tin chi tiết về tác động của âm thanh được dự đoán đối với người quan sát ở gần đường bay của máy bay không người lái. Ví dụ, chúng ta có thể xác định mức độ “lớn” của âm thanh và mức độ “chói tai” của phổ tiếng ồn mà người quan sát nhận thấy tại một vị trí nhất định.
Video dưới đây cho thấy một máy bay không người lái sẽ phát ra âm thanh như thế nào đối với một người quan sát ở các vị trí khác nhau.
Để tìm hiểu thêm về các cải tiến mới nhất về âm học và xem cách chúng có thể được sử dụng cho mô phỏng của bạn, hãy đăng ký hội thảo trên web theo yêu cầu của chúng tôi tại đây: Ansys 2021 R1 Update: Listen to Your Simulations
- Làm ơn ghi rõ "Nguồn Advantech .,Jsc" hoặc "Theo www.advantech.vn" nếu bạn muốn phổ biến thông tin này