흡음재 배치 최적화에 따른 다층 흡음형 소음기의 음향성능 연구

Abstract

함정 내부에는 다수의 배관이 존재하며, 배관 내부에 물과 같은 유체가 흐르면서 소음이 발생하게 된다. 이와 같은 수중방사소음은 함정의 생존성과도 직결되는 문제이기 때문에 배관 소음을 줄일 수 있는 소음기의 설치 및 운용은 필수적이다. 하지만 함정 내부의 협소한 공간을 고려했을 때 소음기의 크기는 제한적일 수 밖에 없으며, 이러한 환경에서는 음향성능이 우수한 흡음형 소음기가 주로 사용된다. 본 연구에서는 다층 흡음형 소음기의 음향성능을 향상시키기 위해 흡음재 배치 순서를 최적화하였다. 소음기의 음향성능은 투과손실로 판단하였으며, 투과손실을 계산하기 위해 유한요소법 기반 수치해석 프로그램을 사용하였다. 흡음재는 흡음형 소음기에서 많이 사용되는 다공탄성 물질인 폴리우레탄을 사용하였으며, 내부에 공기가 흐르는 상황을 가정하여 Biot-Allard 모델을 적용하였다. 흡음재가 단층으로 구성되어 있을 때 음향성능에 영향을 주는 물성치를 확인하였으며, 표준 물성치를 바탕으로 단층 흡음형 소음기의 음향성능을 확인하였다. 이후 다층 흡음형 소음기에서 목적함수를 설정하고 흡음재 배치 순서를 최적화하였으며, 단층 흡음형 소음기에 비해 음향성능이 확연히 증가하는 것을 확인하였다.

There are many pipes inside the ship, and the flow of fluid within these pipes generates noise. Because underwater radiated noise is a problem directly related to the survivability of ships, it is essential to install and operate a silencer that can reduce pipe noise. However, due to the confined space within the ship, the size of the silencer is limited. In such environments, absorptive silencers with excellent acoustic performance are commonly employed. In this study, the acoustic performance of a multi-layered absorptive silencer was enhanced by optimizing the arrangement of the absorbing materials. The acoustic performance of the silencer was evaluated through transmission loss, and finite element method-based numerical analysis program was employed to calculate the transmission loss. Polyurethane, a porous elastic material frequently used in absorptive silencers, was employed as the absorbing material. The Biot-Allard model was applied, assuming that air is filled inside the polyurethane. The acoustic performance affecting properties of the absorbing materials were investigated when it was composed as a single layer, and the acoustic performance of the single-layered absorptive silencer was examined based on standard material properties. Subsequently, an objective function was established for the multi-layered absorptive silencer, and the arrangement of the absorbing materials was optimized. The results demonstrated that the acoustic performance improved compared to the single-layered absorptive silencer.