Orientador: José Roberto de França Arruda

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica

Resumo: Identificação de fontes acústicas é uma ferramenta de análise importante para as melhorias mecânicas necessárias para o atendimento de normas de ruído restritivas, em especial em duas áreas: engenharia de aeronaves e engenharia de veículos. Esses dois setores têm de cumprir com as normas de...

Resumo: Identificação de fontes acústicas é uma ferramenta de análise importante para as melhorias mecânicas necessárias para o atendimento de normas de ruído restritivas, em especial em duas áreas: engenharia de aeronaves e engenharia de veículos. Esses dois setores têm de cumprir com as normas de sobre-vôo de aeroportos e ruído de passagem, respectivamente. Este trabalho tem o objetivo de desenvolver um método de identificação para problemas de fontes aeroacústicas e fontes em movimento. O método baseado no beamforming inverso generalizado tem a vantagem de localizar fontes distribuídas e multipólos e é usado neste trabalho. A estratégia é a de se realizarem verificações em casos simples, com simulações e avaliações experimentais. No teste aeroacústico inicial, um cilindro sob fluxo subsônico, os eventos dominantes de ruído são analisados, e o centro do dipólo e sua orientação são identificados. No teste seguinte, duas-estruturas sob fluxo subsônico, o método híbrido e o mapeamento híbrido inverso generalizado, ambos propostos neste trabalho, permitem uma comparação direta dos níveis de mapeamento com os resultados de beamforming convencional, e uma atenuação das auto-potências da matriz de espectros cruzados é usada para melhorar a resolução. Na identificação de dipólos, uma grade 3D é usada, e a orientação do dipolo é identificada com um componente em direção à malha de microphones, o que é possível devido à utilização de um re-escalonamento da matriz de transferência. Avaliações de diretividade para as distribuições de dipólo são realizadas e comparadas com microfones de campo-distante. No terceiro caso aeroacústico, o aerofólio NACA-0012 sob fluxo subsônico, identificações de monopólos são comparados com resultados da literatura obtidos com o DAMAS2. Para os estudos de identificação de fonte em movimento, duas medições são realizadas: ruído de passagem de um veículo de passageiros, e ruído de passagem de caminhão. A de-Dopplerização baseada no centro da grade é adotada, e dois artifícios são desenvolvidos: uso de imagem de fonte na função de transferência; e compensação de foco para fonte de radiação não-esférica. A malha de microfones tem um arranjo especial para melhor resolução horizontal em frequências baixas. Mapeamentos com a contribuição no nível de ruído de passagem são utilizados nas verificações efetuadas de 50Hz a 7kHz, utilizando dois alto-falantes com radiação de ruído tonal e com ruído de banda larga. No final, o desempenho global do método beamforming inverso generalizado é discutido, apresentando suas vantagens, e.g. detecção de fonte multipólo, e suas desvantagens, e.g. sensibilidade a fontes estranhas

Abstract: Identification of acoustic sources is an important analysis tool for the mechanical design improvements required to compliance with restrictive noise regulations, specially on two areas: aircraft and vehicle engineering. These two industries have to comply with the airplane fly-over noise...

Abstract: Identification of acoustic sources is an important analysis tool for the mechanical design improvements required to compliance with restrictive noise regulations, specially on two areas: aircraft and vehicle engineering. These two industries have to comply with the airplane fly-over noise and vehicle pass-by noise limits, respectively. This thesis has the objective to develop an identification method for aeroacoustic and moving source problems. The method based on the generalized inverse beamforming has the advantage to locate distributed sources of multipole type of radiation and is used in this thesis. The strategy is to perform verifications on simple cases, with simulations and experimental assessments. On the aeroacoustic initial testing, with a cylinder under subsonic flow, peak noise events are analyzed, and the dipole center and orientation are identified. In the following test case, two-structures in subsonic flow, the Hybrid Method and the Hybrid Generalized Inverse Mapping, both proposed in this work, allow a direct comparison of mapping levels to the conventional beamforming results, and an attenuation of the auto-powers in the cross-spectral matrix is used to improve resolution. For dipole identification, a 3D grid is used, and its orientation is identified with a component towards array, which is possible due to the use of a transfer matrix re-scaling. Directivity assessments are performed for dipole distributions and compared to far-field microphones. In the third aeroacoustic case, NACA-0012 airfoil under subsonic flow, monopole identifications are compared to DAMAS2 results from the literature. On moving source identification, two measurements are performed: passenger vehicle pass-by noise; and truck pass-by noise test. The de-Dopplerization based on grid center is adopted, and two artifices are developed: image source in transfer function; and focus compensation for source non-spherical radiation. The microphone array has a special design for improved low frequency horizontal resolution. Pass-by noise level contribution mappings are used on verifications performed from 50Hz to 7kHz using two loudspeakers with tonal and broadband noise radiation. Finally, overall performance of the generalized inverse beamforming method is discussed, presenting its advantages, e.g. multipole source detection, and limitations, e.g. sensitivity to extraneous sources