Die Exa Corporation hat ein neues Modul seiner aeroakustischen Simulationslösung Exa PowerAcoustics zum Patent angemeldet. Das Modul mit dem schönen Namen Exa Find (Flow-Induced Noise Detection = strömungsbasierte Geräuschortung) spürt den Ursprung von Geräuschen auf, die von einer Luftströmung transportiert werden.
Exa PowerFlow wird seit langem bei der Simulation von Luftstrom-Akustik eingesetzt; allerdings war es für Entwickler bisher schwierig, komplexe turbulente Strömungen gezielt im Hinblick auf akustisch vorteilhafte Konstruktionsverbesserungen an einem Produkt zu analysieren. Jetzt kann Find den Strömungsfluss in einer Konstruktion analysieren und die einzelnen Geräuschursachen nach ihrer Bedeutung ordnen. Damit gewinnen Entwickler einen bisher fehlenden Grad an Transparenz.
Es ist sogar möglich, sich Geräusche vor und nach Konstruktionsveränderungen anzuhören, so dass sich die Wirkung geplanter Maßnahmen vorab akustisch bewerten lässt. Für die Automobilbranche errechnet das Find-Modul innerhalb von Exa PowerAcoustics durch Strömung verursachte Geräusche, etwa im Bereich der Cockpit-Verglasung oder des Unterbodens, in Klimaanlagen (Heating, Ventilation, Air Conditioning, HVAC) und Lüftern.
Auf Basis des zum Patent angemeldeten Verfahrens analysiert Exa Find die von PowerAcoustics simulierte Luftströmung. Strömungsbedingte Geräuschquellen werden geortet und nach ihrer Intensität klassifiziert. Das funktioniert sogar, wenn diese Geräuschquellen von Turbulenzen überdeckt werden. Geräuschprobleme lassen sich auf diesem Weg genau lokalisieren und in ihrer Dringlichkeit bewerten. Mit anderen Exa-Produkten lassen sich die Ergebnisse schnell, deutlich und auf der Basis der tatsächlichen Produktgeometrie dreidimensional darstellen. Fahrwerkgeräusche bei Flugzeugen oder Anwendungen in der Bahntechnik sind weitere Einsatzgebiete für die neue Technologie.
Exa Find: Zusammenarbeit mit BMW
Geräusche, die vom HVAC-System verursacht werden, gehören zu den häufigen Beschwerden seitens der Autofahrer. In enger Zusammenarbeit mit Exa hat BMW komplette Klimatisierungssysteme mit Find aeroakustisch untersucht und bewertet. Zuvor hatte BMW festgestellt, dass die Strömungsanalyse einzelner Komponenten, etwa Luftführungen oder Lüfter, nur unvollständige Aussagen über das akustische Verhalten des Gesamtsystems erlaubt. Zudem hatte sich gezeigt, dass die isoliert betrachtete Geräuschbildung eines Subsystems als Entscheidungsgrundlage für Optimierungen irreführend sein kann.
„Ursprünglich haben wir PowerFlow und PowerAcoustics Find bei der BMW 7er-Reihe und beim Rolls Royce Phantom eingesetzt“, sagt Dr.-Ing. Michael Spickenreuther, Gruppenleiter Entwicklung Gesamtfahrzeug bei der BMW Gruppe. „Die Geräuschortungsfunktion hat sich als derart nützlich erwiesen, dass wir Exa Find jetzt quer über alle unsere Plattformen einsetzen. Find ermöglicht es uns, leisere Fahrzeuge zu entwickeln.“
Durch den Einsatz der transienten Simulation mit PowerFlow als Grundlage für die Analyse kompletter Klimatisierungssysteme, konnten die Entwickler bei BMW nicht nur nachverfolgen, wo Geräusche entstehen, sondern auch, wie sie sich von ihrem Entstehungsort durch das Fahrzeug fortpflanzen, bis sie an das Ohr der Fahrzeuginsassen dringen. Find vertiefte das Verständnis der Vorgänge durch Ortung, Bewertung und Klassifizierung der akustischen Effekte. Damit entsteht eine komplexere und genauere Sicht darauf, wo geräuschmindernde Verbesserungen im System vorgenommen werden können. Insgesamt kam BMW zu dem Ergebnis, dass das Werkzeug eine effiziente Optimierung der HVAC-Akustik in der frühesten Phase der Entwicklung ermöglicht. BMW veröffentlichte diese Aktivitäten in einem Aufsatz mit dem Titel „Acoustic Source Detection for Climate Systems via Computational Fluid Dynamics for Improved Cabin Comfort“ und präsentierte sie als Vortrag auf der 3. Internationalen ATZ-Fachtagung Automotive Acoustics Conference in Zürich (Schweiz).
