Laivan rungon veteen säteilevän äänen mallintaminen
Kankaanpää, Eero (2025)
2025
Konetekniikan DI-ohjelma - Master's Programme in Mechanical Engineering
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
Hyväksymispäivämäärä
2025-11-12
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-2025111110531
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-2025111110531
Tiivistelmä
Laivojen vesimeluun on alettu viime vuosien aikana kiinnittää enemmän huomiota. Laivan rungon akustisiin ominaisuuksiin voidaan vaikuttaa parhaiten laivan suunnitteluvaiheessa, joten veteen säteillyn äänen tarkka arviointi on kehittynyt hyvin tärkeäksi.
Tässä työssä tarkasteltiin laivan konehuoneeseen asetetun taajuuksien suhteen tasaisen äänilähteen veteen säteilemää ääntä ja tämän mallintamista. Tilannetta simuloitiin tilastollisella energia-analyysilla (SEA) sekä laitalevyn siirtohäviötä kuvaavan kaavan avulla. Tasaisen äänilähteen avulla pyrittiin tarkastelemaan laivan rungon äänen säteilyä taajuuksittain, sekä mallinnustavan kelpoisuutta eri taajuuksilla vertailemalla mittaus- ja simulointituloksia. Tarkastellut taajuudet olivat kolmasosaoktaavikaistat välillä 80–20000 Hz.
SEA:a varten muodostettiin konehuoneen malli, jossa konehuoneetta ympäröivä runko koostuu suorista jäykistetyistä levyistä ja konehuoneen ilmatilat esitetään akustisina tilavuuksina. Konehuonetta ympäröivä vesi mallinnettiin puoliäärettömänä nesteenä, johon ääni pääsi säteilemään.
Simulointitulosten todettiin mukailevan mittaustuloksia tarkastelluilla taajuusalueilla hyvin äänilähteen tehokkuuden puitteissa. Äänilähteen tehon pienet muutokset havaittiin simulointi- ja mittaustuloksissa, ja SEA-mallin syöttötehon tarkkuuden todettiin olevan merkittävä tekijä simuloin-
titulosten varmuudessa.
Rungon siirtohäviön todettiin kasvavan kolmasosaoktaavikaistojen 2000–10000 Hz välillä. Alle 2000 Hz:n oktaavikaistoilla siirtohäviössä ei havaittu selkeästi kohonneita arvoja. Siirtohäviöitä arvioitiin lisäksi tätä kuvaavalla kaavalla, jonka todettiin aliarvioivan siirtohäviötä tasaisesti kaikilla
taajuuksilla.
Diplomityön avulla voidaan perustella SEA:n käyttöä laivan vesimelun mallinnuksessa, ja mallissa käytettyjen yksinkertaistusten ja oletusten olevan riittäviä tarkastelluilla taajuuksilla.
Tässä työssä tarkasteltiin laivan konehuoneeseen asetetun taajuuksien suhteen tasaisen äänilähteen veteen säteilemää ääntä ja tämän mallintamista. Tilannetta simuloitiin tilastollisella energia-analyysilla (SEA) sekä laitalevyn siirtohäviötä kuvaavan kaavan avulla. Tasaisen äänilähteen avulla pyrittiin tarkastelemaan laivan rungon äänen säteilyä taajuuksittain, sekä mallinnustavan kelpoisuutta eri taajuuksilla vertailemalla mittaus- ja simulointituloksia. Tarkastellut taajuudet olivat kolmasosaoktaavikaistat välillä 80–20000 Hz.
SEA:a varten muodostettiin konehuoneen malli, jossa konehuoneetta ympäröivä runko koostuu suorista jäykistetyistä levyistä ja konehuoneen ilmatilat esitetään akustisina tilavuuksina. Konehuonetta ympäröivä vesi mallinnettiin puoliäärettömänä nesteenä, johon ääni pääsi säteilemään.
Simulointitulosten todettiin mukailevan mittaustuloksia tarkastelluilla taajuusalueilla hyvin äänilähteen tehokkuuden puitteissa. Äänilähteen tehon pienet muutokset havaittiin simulointi- ja mittaustuloksissa, ja SEA-mallin syöttötehon tarkkuuden todettiin olevan merkittävä tekijä simuloin-
titulosten varmuudessa.
Rungon siirtohäviön todettiin kasvavan kolmasosaoktaavikaistojen 2000–10000 Hz välillä. Alle 2000 Hz:n oktaavikaistoilla siirtohäviössä ei havaittu selkeästi kohonneita arvoja. Siirtohäviöitä arvioitiin lisäksi tätä kuvaavalla kaavalla, jonka todettiin aliarvioivan siirtohäviötä tasaisesti kaikilla
taajuuksilla.
Diplomityön avulla voidaan perustella SEA:n käyttöä laivan vesimelun mallinnuksessa, ja mallissa käytettyjen yksinkertaistusten ja oletusten olevan riittäviä tarkastelluilla taajuuksilla.