Misurare la temperatura, il flusso d’aria e il rumore per il massimo comfort dei passeggeri nei veicoli adibiti al trasporto di persone

Oltre a puntare verso una tecnologia di propulsione migliorata e un design moderno, lo sviluppo continuo dei veicoli tiene sempre più conto anche del comfort nell'abitacolo. Per migliorare il comfort dei passeggeri, è necessario regolare il clima, il rumore e le vibrazioni dell’abitacolo in modo da non interferire con il funzionamento del veicolo. Considerate le condizioni ambientali esterne e le prestazioni del sistema HVAC (riscaldamento, ventilazione e aria condizionata), è necessario trovare il giusto equilibrio e mantenerlo.

Ma come?

La giusta temperatura si raggiunge solitamente raffreddando o riscaldando l'abitacolo. La sfida è evitare che la temperatura esterna si propaghi all’interno penetrando attraverso la struttura. Il rivestimento interno e termico del veicolo agiscono da scudo e, a seconda della posizione del sistema di ventilazione, il flusso d’aria nell'abitacolo si raffredda o si riscalda in modo più rapido o più lento. Una volta raggiunta la temperatura giusta, occorre mantenere tanto la temperatura quanto il flusso d’aria uniformi e piacevoli nell’intero abitacolo.

Il comfort dei passeggeri aumenta anche mantenendo a un livello accettabile la rumorosità, per cui i rilievi di rumore e vibrazioni hanno un ruolo importante nella convalida del comfort dell'abitacolo.

Come raggiungere il comfort ideale nell'abitacolo: Simulazione e prova fisica

I passeggeri amano stare in un abitacolo che abbia un clima uniforme e livelli di rumorosità accettabili. I sistemi HVAC gestiscono il flusso d’aria, di conseguenza il riscaldamento, il raffrescamento e l’umidità, preferibilmente senza diffondere il rumore. Il comfort può essere valutato con criteri oggettivi, ma è qualcosa di soggettivo, per questo motivo i produttori possono personalizzare le configurazioni HVAC per ottimizzarlo.

Per migliorare il clima dell’abitacolo e sviluppare il sistema HVAC ideale si seguono tipicamente tre fasi durante la ricerca e lo sviluppo e le prove. Dopo avere sviluppato un design, le simulazioni e le prove fisiche aiutano ad analizzare gli effetti di un sistema HVAC sull’ambiente dell’abitacolo.

Ci sono tre metodi fondamentali per sviluppare e testare il comfort dell’abitacolo:

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Comprendere e migliorare il clima dell’abitacolo

Il comfort e il benessere dei passeggeri sono fondamentali per la nuova progettazione o la rivisitazione dell’abitacolo o la carrozza di un aereo o un treno, in modo da garantire un clima ottimale e confortevole (flusso d’aria, temperatura, umidità e pressione), una rumorosità interna accettabile e aria fresca e pulita in favore della salute e in conformità con le norme sulla CO2.

Per garantire un clima gradevole nell'abitacolo, nella scelta dei sistemi HVAC per climatizzazione e aria condizionata occorre considerare le seguenti variabili:

  • Temperatura e umidità esterne
  • Sole diretto che colpisce i sedili vicino al finestrino
  • Fonti di riscaldamento interne all'abitacolo
  • Flusso dall’esterno e presa d’aria dal sistema di condizionamento
  • Temperatura e umidità nell'abitacolo e loro distribuzione (soprattutto a livello della testa e dei piedi)

Un equilibrio perfetto tra tutti questi parametri climatici e acustici è fondamentale per garantire un viaggio confortevole, oltre all’ottimizzazione del design multiattributo con il minimo materiale per il massimo effetto.

Simulazioni con la fluidodinamica computazionale (CFD)

Le simulazioni numeriche del flusso d’aria, tra cui il trasferimento del calore in corpi solidi e la convezione attorno a strutture e passeggeri, sono eseguite abbinando le simulazioni di flusso tramite CFD ai calcoli dell’analisi degli elementi finiti FEA per gli aspetti termici.

Sulla base di questo, è possibile simulare e analizzare gli effetti del sistema HVAC sull’ambiente dell'abitacolo, ad esempio, il tempo di raffreddamento, la distribuzione della temperatura nell’aria e nelle strutture e le velocità del flusso d’aria.

Questi risultati possono essere usati per analizzare le prestazioni del sistema HVAC e il comfort dei passeggeri per migliorare il clima dell'abitacolo fino a raggiungere il massimo livello di comfort.

RUAG AG: Specialista nelle analisi degli aeromobili

Cliente e partner di HBK, l’azienda svizzera RUAG produce e gestisce diverse gallerie del vento che registrano, elaborano e valutano i dati di misura di alta qualità con l’aiuto dei prodotti HBK.

Come complemento della convalida dei dati sperimentali, la simulazione e l’analisi CFD (fluidodinamica computazionale) dei processi fisici consentono un’analisi dettagliata laddove i test con la galleria del vento potrebbero non essere sufficienti. Le simulazioni numeriche coprono una vasta gamma di applicazioni, tra cui la FSI (interazione fluido struttura) dinamica e sono l’ideale per gli studi di configurazione preliminari.

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Prove fisiche del flusso termico e del flusso d’aria

Le prove fisiche iniziano con il primo prototipo degli interni di un abitacolo, che deve essere sottoposto a una serie di prove fisiche di convalida.

Le prove fisiche implicano l’esecuzione di alcuni esperimenti in camere climatiche, dove vengono simulate le condizioni esterne reali. Per testare gli aeromobili ad esempio si considerano altitudini di volo fino a diverse migliaia di metri e temperature esterne da –60°C a +50°C, con variazioni di umidità, sole artificiale e modalità operative del sistema HVAC.

Per l’esecuzione dei test, vengono installati centinaia di sensori collegati in rete e posizionati nell'abitacolo per misurare temperatura, umidità, pressione e flusso d’aria, coadiuvati da telecamere IR (a infrarossi).

Le prove fisiche possono richiedere diverse ore o anche giorni, in quanto l’ambiente di prova (camera climatica) spesso è tanto grande da richiedere tempo per il controllo della temperatura e la compensazione.

Il processo di prova richiede attrezzature di misura affidabili e stabili per acquisire dati in modo semplice e flessibile da diversi tipi di sensore. Per acquisire informazioni altamente precise sui dati, le prove e le registrazioni non sorvegliate devono essere eseguite con l’impiego di sistemi DAQ in grado di resistere alle condizioni climatiche ostili della camera climatica, ad esempio il sistema DAQ SomatXR di HBK. Gli strumenti di post-processing per i test con elevato numero di canali possono aiutare a estrarre, visualizzare e analizzare grandi quantità di dati delle misurazioni.

Analisi acustica

Il comfort dell'abitacolo dipende anche dall’impatto del rumore e delle vibrazioni. I target e gli obiettivi del livello generale di rumorosità ad esempio di un aeromobile di nuova progettazione si basano non solo sulla simulazione, ma anche sui test fisici e sulle misure e analisi degli abitacoli preesistenti. I dati poi vengono tradotti in livelli di propulsione, livelli acustici generali e materiale di isolamento acustico nella fusoliera.

Per il rumore interno all’aeromobile, non ci sono linee guida o standard, quindi ogni produttore segue linee guida proprie. Occorre tenere conto anche dei diversi tipi di propulsione (turbina jet, turbocompressore, elettrica) perché hanno tutti caratteri di rumorosità diversi.

Nella modellazione acustica e nei test fisici, gli ingegneri hanno bisogno di comprendere i percorsi e la distribuzione dalla sorgente esterna verso l’interno. Il flusso d’aria turbolento crea un rumore a banda larga all’interno, che diventa il fattore dominante. L’isolamento è stato quindi adattato per raggiungere un compromesso ottimale tra rumore, clima termico, peso e costi. Sono stati condotti test a terra per misurare lo spettro, abbinati anche a una parte di prove in volo.



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Scegli un’eccellenza di misura comprensiva, con una configurazione HBK

HBK offre la configurazione ideale non solo per le prove termiche e del flusso d’aria nell’abitacolo, ma anche per l’analisi acustica. I sistemi di acquisizione dati ad alta precisione e il software per un’eccellente valutazione dei dati aiutano a trovare il design finale dell’abitacolo con un comfort ideale.

I tuoi vantaggi: misurazioni precise, scalabile fino a qualunque numero di canali, distribuiti o centralizzati, potente convalida dei dati.

Misura e analisi

Integrazione dati potente e flessibile: I sistemi di acquisizione dati QuantumX e SomatXR misurano migliaia di canali con acquisizione dati e controllo paralleli.­

Il software catman Enterprise può visualizzare e acquisire tutti i dati di misura fisici.
Tutti i dati possono poi essere usati per ottimizzare il sistema HVAC nell’abitacolo e adattare i modelli di simulazione.-

Videocamera acustica

La videocamera acustica di HBK, una configurazione di array di microfoni e sistemi LAN-XI DAQ, consente di individuare, misurare e acquisire dati sulla sorgente del rumore con affidabilità.-

Fai un salto avanti: Assistenza e supporto aggiuntivi

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