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Medindo a temperatura da cabine, o fluxo de ar e o ruído para o máximo conforto do passageiro em veículos de transporte
Além do desenvolvimento contínuo do veículo em direção a uma tecnologia de propulsão aprimorada e design moderno, o conforto da cabine também está se tornando cada vez mais importante. Para o conforto dos passageiros, o clima da cabine, o ruído e a vibração devem ser regulados, mas não devem perturbar a operação do veículo. Afetado pelas condições ambientais externas e pelo desempenho do sistema HVAC (Heat Ventilation Air Conditioning), o equilíbrio certo precisa ser alcançado e mantido.
Então, como isso é feito?
O equilíbrio correto de temperatura geralmente é obtido pelo resfriamento ou aquecimento da cabine. O desafio aqui é evitar que a temperatura externa se propague para dentro através da estrutura. O acabamento do veículo e a manta térmica atuam como uma proteção e, dependendo de como o sistema de ventilação está posicionado, o fluxo de ar da cabine do veículo esfria ou esquenta mais lentamente ou mais rápido. Uma vez alcançada a temperatura certa, tudo se resume a manter uma temperatura e um fluxo de ar uniformes e agradáveis em todo o eixo da cabine.
No entanto, o conforto do passageiro também depende de níveis de ruído aceitáveis, com medições de ruído e vibração desempenhando um papel importante na validação do conforto da cabine.
Como Obter o Conforto Ideal na Cabine: Simulação e Teste Físico
Os passageiros gostam de um clima geral uniforme na cabine e níveis de ruído aceitáveis. Os sistemas HVAC gerenciam o fluxo de ar - e, consequentemente, o aquecimento, o resfriamento e a umidade - de preferência sem distribuição de ruído. Como o conforto tem critérios objetivos comuns, mas ao mesmo tempo é muito subjetivo, os fabricantes podem individualizar suas configurações de HVAC para otimizar o conforto dos passageiros.
Para melhorar o clima da cabine e desenvolver o sistema HVAC ideal, normalmente há diferentes etapas que precisam ser executadas durante P&D e testes. Depois de desenvolver um projeto, a simulação e o teste físico ajudam a analisar os efeitos de um sistema HVAC no ambiente da cabine.
Três métodos são essenciais para desenvolver e testar o conforto da cabine:
Simulação de fluxo térmico e de ar - isso ajuda os engenheiros a entender o projeto antes de construir protótipos
Teste físico de fluxo térmico e de ar - para validação de protótipos, atuando em ambientes extremos (frio, calor) e com diferentes capacidades (quantidade de pessoas e seus assentos)
Análise acústica - ajuda a definir as metas e objetivos do nível geral de ruído
Compreendendo e melhorando o clima da cabine
O conforto e a saúde dos passageiros são fundamentais para um projeto novo ou reformulado de cabines e compartimentos de aeronaves ou ferrovias, garantindo um clima ideal e confortável (fluxo de ar, temperatura, umidade, pressão), ruído interno aceitável e ar fresco e limpo para o bem da saúde geral e para cumprir os regulamentos de CO2.
Para garantir um clima agradável na cabine, os sistemas de ar condicionado (HVAC) precisam considerar as seguintes variáveis:
- Temperatura externa e umidade
- A luz solar direta afetando os assentos nas janelas
- Fontes de calor dentro da cabine
- Fluxo de fora e através da saída de ar do condicionamento climático
- Na temperatura e umidade da cabine e sua distribuição (especialmente na cabeça e nos pés)
Um equilíbrio perfeito entre todos esses parâmetros climáticos e acústicos é a chave para o sucesso e uma viagem ou jornada confortável - a otimização de design multi-atributo, com o mínimo de material para o efeito máximo.
Simulação usando dinâmica de fluidos computacional (CFD)
As simulações numéricas do fluxo de ar, incluindo transferência de calor em corpos sólidos e convecção em torno de estruturas e passageiros, são realizadas por acoplamento de simulações de fluxo usando cálculos de CFD com FEA (análise de elemento finito) para os aspectos térmicos.
Com base nisso, é possível simular e analisar os efeitos do sistema HVAC no ambiente da cabine, por exemplo, o tempo de resfriamento, a distribuição da temperatura no ar e nas estruturas e as velocidades do fluxo de ar.
Esses resultados podem ser usados para analisar o desempenho do sistema HVAC e o conforto dos passageiros para finalmente melhorar o clima da cabine em direção ao nível de conforto máximo.
RUAG AG: Especialista em Análise de Fluxo de Ar
O cliente e parceiro da HBK, RUAG da Suíça, fornece e opera vários túneis de vento, que registram, processam e avaliam dados de medição de alta qualidade com a ajuda dos produtos HBK.
Complementando a validação dos dados experimentais, a simulação CFD (dinâmica de fluidos computacional) e a análise dos processos físicos permitem uma análise detalhada onde o teste em túnel de vento pode não ser suficiente. As simulações numéricas cobrem uma ampla gama de aplicações, incluindo FSI dinâmico (interação de estrutura de fluido), e são ideais para estudos preliminares de configuração.
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Teste Físico de Fluxo Térmico e Fluxo de Ar
O teste físico começa com o primeiro protótipo do interior da cabine que precisa passar por um programa de teste de validação física.
Isso envolve a realização de alguns experimentos em câmaras climáticas, onde as condições externas do mundo real são simuladas - por exemplo, para testes de aeronaves: alturas de voo de até vários milhares de pés e temperatura externa de -60°C a +50°C - com uma variação de umidade, sol artificial e modos de operação do sistema HVAC.
Durante a realização dos testes, centenas de sensores são instalados em uma rede distribuída por toda a cabine, medindo temperatura, umidade, pressão e fluxo de ar, adicionados por câmeras de infravermelho (infravermelho).
O teste físico pode levar várias horas ou até dias, já que o ambiente de teste (câmara climática) costuma ser tão grande que o controle e a compensação da temperatura levam algum tempo.
O processo de teste requer equipamento de medição confiável e estável para adquirir dados de diferentes tipos de sensores de maneira fácil e flexível. A fim de adquirir percepções de dados de alta precisão, testes e registros autônomos precisam ser realizados usando sistemas DAQ que podem suportar as condições adversas da câmara climática, por exemplo, DAQ SomatXR da HBK. Ferramentas de pós-processamento para testes com alta contagem de canais ajudam na extração, visualização e análise de grandes quantidades de dados de medição.
Análise Acústica
O conforto da cabine também é afetado pelo impacto do ruído e da vibração. As metas e objetivos do nível geral de ruído para, por exemplo, uma aeronave recém-projetada são baseados não apenas em simulação, mas também em testes físicos e na medição e análise das cabines existentes. Os dados são então traduzidos em níveis de propulsão, níveis acústicos gerais e material de isolamento acústico na fuselagem.
Para ruído no interior de aeronaves, cada fabricante de aeronaves tem suas próprias diretrizes em vez de regulamentos fixos ou padrões a serem seguidos. O tipo de propulsão diferente (turbina a jato, turbo-hélice, elétrica) também precisa ser considerado, pois todos eles têm diferentes assinaturas de ruído.
Tanto na modelagem acústica quanto nos testes físicos, os engenheiros precisam entender os caminhos e a distribuição do ruído da fonte externa para a interna. O fluxo de ar turbulento cria um ruído de banda larga no interior, que se torna o fator mais dominante. O isolamento é então ajustado no compromisso ideal de ruído, clima térmico, peso e custo. O espectro é melhor analisado durante os testes de solo, mas também faz parte dos testes de voo.
Escolha a excelência de medição abrangente com uma configuração HBK
A HBK oferece a configuração ideal não apenas para testes térmicos e de fluxo de ar da cabine, mas também para análises acústicas. Sistemas de aquisição de dados de alta precisão e software para excelente avaliação de dados ajudam você com o projeto final do conforto ideal da cabine.
Seus benefícios: medições precisas, escala para qualquer número de canais - distribuído ou centralizado, validação de dados poderosa.
Medição e Análise
Integração de dados poderosa e flexível: Os sistemas de aquisição de dados QuantumX e SomatXR medem milhares de canais com aquisição e controle de dados paralelos.
O software catman Enterprise pode visualizar e adquirir todos os dados de medição física.
Todos os dados podem ser usados para otimizar o sistema HVAC na cabine e adaptar os modelos de simulação.
Câmera acústica
A câmera acústica da HBK, uma configuração de arrays de microfones e sistemas DAQ LAN-XI, permite a identificação confiável da fonte de ruído, medições e aquisição de dados.
Indo além: Serviço e suporte suplementares
Nossa equipe de serviço e suporte irá ajudá-lo em todas as questões relacionadas a aplicações de teste e medição. Nós oferecemos:
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