客室の快適性検証・分析 客室の快適性検証・分析 | HBM

客室温度分布、エアフロー、騒音を測定し、究極の乗り心地を実現

推進技術の向上とモダンなデザインに向けた機体の継続的な開発に加えて、客室環境の快適性もますます重要になっています。乗員の快適性を確保するためには、客室の温度、騒音、振動を調整する必要がありますが、機体の操作性を妨げない範囲で行います。外部の環境条件と HVAC (熱換気エアコン)システムの性能の両方に影響を受けるため、適切なバランスを達成し、維持する必要があります。

では、これはどのように行われるのでしょうか。

通常、適切な温度バランスは、キャビンを冷却または暖房することで調整されます。ここでの課題は、外気温が機体構造を介して内部に伝播しないようにすることです。機体のトリムとサーマルブランケットは断熱シールドとして機能し、ベンチレーションシステムの配置に応じて、客室のエアフローの温度が調整されます。適切な温度になると、客室全体で均一で快適な温度とエアフローを維持することが重要になります。

ただし、乗員の快適性は、許容可能なノイズと振動レベルにも依存するので、これらの測定が客室の快適性の検証において重要です。

理想的な室内快適性を実現するには:シミュレーションと物理テスト

乗員・乗客は、室内全体の温度が均一で、許容可能な騒音レベルを好みます。HVAC システムは、空気の流れを管理し、その結果、暖房、冷却、湿度を管理します。ノイズ分布の管理は行いません。快適性には共通の客観的基準があるが、同時に非常に主観的であるため、メーカーは HVAC の設定を個別に調整して、乗員の快適性を最適化できます。

室内環境の改善と、理想的な HVAC システム開発には、研究開発およびテスト中に実施する手順が一般的に異なります。設計の開発後、シミュレーションと物理テストの両方が、 HVAC システムが室内環境に与える影響を分析するのに役立ちます。

客室の快適性を開発およびテストするには、次の 3 つの方法が不可欠です:

ご質問は、ここからできます。­

客室環境を分析し、改善

乗員と乗客の健康維持と乗り心地の快適さは、航空機や鉄道の客室や個室の新しい設計や再設計のための基本的なものであり、最適で快適な環境(空気の流れ、温度、湿度、 室内圧)、許容可能な内部騒音、新鮮でクリーンな空気を使用して、全体的な健康維持や、 CO2規制を満たします。

快適な室内環境を確保するために、エアコン( HVAC )システムは次のアイテムを考慮する必要があります:

  • 外気温および湿度
  • 窓側の席に影響する直射日光
  • 室内の熱源
  • 換気システム経由による外気の影響
  • 室内の温湿度、およびその分布(特に頭部と足部)

これらのすべての気候と音響パラメータの完全なバランスは、快適な移動や旅を実現する必須項目となります。つまり、多属性設計の最適化であり、低コストで、最大限の効果を得ることを目指します。

数値流体力学(CFD)を使用したシミュレーション

固形物の熱伝導、構造や乗員の周囲の対流など、空気の流れの数値シミュレーションは、 CFD を使用した流体シミュレーションと FEA (有限要素解析)計算を組み合わせて熱的側面を計算することで実行されます。

これに基づいて、 HVAC システムがキャビン環境に与える影響をシミュレートし、解析することができます。例えば、冷却時間、空気中および構造内の温度分布、気流速度などです。

これらの結果を使用して、 HVAC システムと乗員の快適性のパフォーマンスを分析し、究極の快適性レベルに客室内の環境を改善することができます。

RUAG 社:エアフロー分析のスペシャリストです

HBKの顧客およびパートナーであるスイスの RUAG社 は、複数の風洞の納品や運営をしています。これらの風洞では、 HBK 製品を使用して高品質の測定データを記録、処理、評価します。

実験的なデータ検証を補完する CFD (計算流体力学)シミュレーションと物理プロセスの解析により、風洞試験が不十分な場合に詳細な分析が可能になります。数値シミュレーションは、動的 FSI (流体構造相互作用)を含む幅広いアプリケーションを対象とし、事前検証に最適です

RUAG社の詳細はRUAGをご覧ください。

熱流と空気流の物理的テスト

物理的テストは、客室の初期プロトタイプから始まり、物理的検証テストプログラムを実施する必要があります。

これには、屋外の実際の状況をシミュレートする気候再現室でのいくつかの実験が含まれます。たとえば、航空機のテストでは、湿度、人工太陽、 HVAC システムの動作モードの変動を伴う、最大 60 ℃ ~+50 ℃の範囲での数千フィート飛行高度の環境を再現した測定などが行われます。

テストを実行する間、何百ものセンサが室内のネットワークに配置され、温度、湿度、圧力、エアフローを測定します。 IR(赤外線)カメラも使用されます。

テスト環境(クライメートチャンバ)が非常に大きいため、温度制御と補正に時間がかかるので、物理的なテストには数時間または数日を場合があります。

テストプロセスでは、さまざまな種類のセンサからデータを簡単かつ柔軟に取得できる、信頼性の高い安定した測定装置が必要です。高精度のデータインサイトを得るには、 HBK の SomatXR DAQ など、気候再現室の過酷な環境条件に耐える DAQ システムを使用して無人テストと記録を実行する必要があります。チャンネル数の多いテスト用の後処理ツールは、大量の測定データの抽出、視覚化、分析に役立ちます。

音響解析

室内の快適性は、騒音や振動による影響も受けます。たとえば、新たに設計された航空機の騒音レベル全体のターゲット設定は、シミュレーションだけでなく、物理的な試験や実際のキャビンの測定と分析にも基づいています。データは、推進力レベル、全体的な音響レベル、機体の遮音に活用されます。

航空機内の騒音について、すべての航空機メーカーは必要な規制や基準のみを遵守するのではなく、独自のガイドラインを定めています。推進力の種類(ジェットタービン、ターボプロップ、電動)についても、騒音特性が異なるため考慮する必要があります。

物理試験や音響モデリングでは、エンジニアは騒音伝搬経路と外部騒音が内部へどのように分布するかを理解する必要があります。乱気流により内部に発生する広帯域ノイズは、最も支配的な要因です。騒音、気候に起因する温度環境、重量、コスト面を考慮し、一番バランスのいい遮音対策をするように調整します。周波数スペクトルは地上試験での分析に最適ですが、飛行試験の一部でもあります。



HBKシステムを使用して包括的で優良な測定環境を構築できます。

HBK は、客室の温度分布およびエアフローテストだけでなく、音響分析にも最適な測定システムを提供します。優れたデータ評価を実現する高精度のデータ収集システムとソフトウェアにより、理想的な客室の快適性を追求できる最終設計を支援します。

その利点は、正確な測定、最大限の測定点の拡張性、つまり分散型または集中型の両方が可能な強力なデータアクイジション機能です。

測定と分析

強力で柔軟なデータ統合を実現:QuantumX および SomatXR データ収集システムは、マルチデータ取得および制御により、数千のチャネルからの信号測定ができます。

catman Enterprise ソフトウェアは、すべての物理的測定データを視覚化して表示・解析できます。
その後、すべてのデータを使用して、キャビン内の HVAC システムを最適化し、シミュレーションモデルを試験・検証できます。

音響カメラ

HBKのアコースティックカメラは、マイクロホンアレイと LAN-XI DAQシステム から構成され、信頼性の高い音源探査、汎用測定、データ収集を実施できます。

より行き届いたサービスを提供: 補助サービスおよびサポート

当社のサービスおよびサポートチームは、テストおよび測定アプリケーションに関するすべての問題についてお客様をサポートします。当社の提供するもの: 

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