[논문]군용 궤도장비 보조동력장치의 소음저감 최적화 연구

이주승; 김병호; 김병현

doi:10.5762/kais.2018.19.8.336

초록
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군용으로 사용하는 궤도장비 디젤엔진의 보조동력장치에 대한 소음저감은 소요군의 감성품질을 만족시키는 중요한 요소 중 하나이다. 본 연구에서 이러한 보조동력장치의 소음을 줄이기 위해 구조기인소음을 저감하는 방법과 공기기인소음을 저감하는 방법을 고안하여 시험을 수행하였다. 그 결과 구조기인소음 저감을 위해 소음기를 개선하였을 때 약 22 dB(A)의 소음저감 효과가 있었다. 공기기인소음 저감의 영향을 알아보기 위해 흡음재의 종류와 후방문 그릴의 형상에 따른 소음을 측정하였고 그 영향은 인간이 인지하지 못하는 수준인 3 dB(A) 미만의 소음저감 효과가 나타났다. 또한, 실제차량에 소음저감을 위한 방안들을 적용하여 시험한 결과 구조기인소음을 저감하였을 때 약 9 dB(A)의 소음저감 효과가 나타났으며 공기기인소음의 저감효과는 1 dB(A) 이하로 측정된 것을 확인하였다. 따라서 궤도장비의 APU 소음저감을 위해서는 공기기인소음을 저감하는 방법보다 구조물을 통해 전달되는 소음을 저감하는 방안이 효과적이라는 것을 확인하였다. 본 연구결과를 통해 추후 개발하는 타 군용 궤도장비의 소음을 저감하기 위한 기초자료로 사용될 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Noise reduction is an important issue in auxiliary power unit(APU) of tracking equipments for using military. In this study, we designed and tested reduction methods of structure borne noise and airborne source noise at the auxiliary power unit. From the bench test results, it is found that the effe...

Noise reduction is an important issue in auxiliary power unit(APU) of tracking equipments for using military. In this study, we designed and tested reduction methods of structure borne noise and airborne source noise at the auxiliary power unit. From the bench test results, it is found that the effect of noise reduction is about 22 dB(A) if the silencer is redesigned, which is the rescue structure. However, the influence of noise reduction by air is insufficient. In addition, it is confirmed that the effect of noise reduction is excellent when structure borne noise reduction is applied to the vehicle. We expected that the test results of this study are used as basic data to reduce the noise of other tracking equipment developed later.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 소요군의 감성품질을 만족시키고자 간헐적인 소음문제를 발생시키는 군용 궤도장비 디젤엔진의 보조동력장치(APU : Auxiliary Power Unit)에 대한 소음저감을 연구 하였다.

가설 설정

Table 4와 같이 소음기 개선에 따른 효과가 부하율0%일 때 약 2 dB(A) 차이가 나고 부하율이 100%일 때 소음이 약 9 dB(A) 차이가 나는 것을 확인할 수 있다. 공기기인소음 감소를 위한 흡·차음재 개선 및 그릴 창살형상 개선은 차이가 1 dB(A) 이하로 그 영향이 미미하였다. 실차장착 입증 시험을 통해 궤도장비 APU 소음저감을 위해서는 구조기인소음을 저감하는 방안이 가장 효과적인 것을 확인할 수 있었다.

제안 방법

본 연구는 Fig. 1과 같이 밀폐형 구조의 APU가 아닌 외부와 개방된 구조의 APU에서 소음을 저감하기 위해 소음원 감쇄 및 전파경로 개선효과에 대한 결과를 논의하였다.
본 연구는 APU의 소음을 저감하고자 소음의 생성 및 전파방법을 분석하여 구조기인소음 저감을 위한 소음기개선과 공기기인소음 저감을 위한 흡·차음재 개선 및 그릴 창살 개선으로 분류하여 연구를 수행하였고, 그 결과는 다음과 같다.
공기기인소음을 저감하기 위한 방안으로는 흡·차음재 추가를 통한 소음 감소와 그릴 형상변경을 통한 소음의 전파방향 변경이 있다. 본 연구에서는 소음저감을 위한 방안으로 소음기 재설계 및 흡·차음재 추가, 그릴 형상변경 등을 연구하였으며, 연구 수행방안은 이론적으로 설계입증을 위해 실험실 단위에서 소음저감 효과를 최적화 한 후, 실제 궤도차량 APU에 적용하여 소음저감 효과를 확인하였다.
1. 소음기의 효과를 확인하기 위해 소음기가 1개인 1차 소음기(‘A’ 소음기)와 소음기가 2개 직렬구조인 2차 소음기(‘B’ 소음기)로 분석하였다. APU 단품상태에서‘A’ 소음기는 소음기가 설치되지 않았을 때보다 5.

성능/효과

2. 공기기인소음 감소를 위한 흡·차음재 및 그릴 개선은 실험실 단위의 단품시험에서는 2.04 dB(A)가 저감되었고, 실제 장착 소음시험에서는 소음저감 효과가 1dB(A) 이하로 측정되었다. 이는 인간이 인지하지 못하는 수준의 소음저감 효과이므로 그 영향이 미미한 것을 확인하였다.
따라서 궤도장비의 APU 소음저감을 위해서는 구조물을 통해 전달되는 소음을 저감하는 방안이 효과적이라는 것을 본 연구를 통해 확인하였다. 공기기인소음을 저감하기 위해서는 본 연구에 적용한 방안과 같이 APU 엔진이 외부에 밀폐되지 않으면 흡음재 개선 등의 효과는 미미하기 때문에, APU 엔진이 밀폐되는 구조 등의 설계변경을 통해 소음을 저감하는 방안을 추후에 연구할 필요성이 있을 것으로 판단된다.
현재 적용중인 APU의 형상은 엔진 내부 방열을 위해 밀폐형 구조가 아닌 오픈형 구조로 되어 있다. 따라서 부분적인 흡·차음재 추가 및 그릴 형상 변경으로는 소음저감에 큰 효과가 없다는 것을 확인하였다.
시험 결과 Fig. 5와 같이 두 소음기 모두 소음기가 적용되지 않은 상태에 비해 소음 개선효과가 사람이 인지할 수 있는 3 dB(A) 이상 나타났다.
공기기인소음 감소를 위한 흡·차음재 개선 및 그릴 창살형상 개선은 차이가 1 dB(A) 이하로 그 영향이 미미하였다. 실차장착 입증 시험을 통해 궤도장비 APU 소음저감을 위해서는 구조기인소음을 저감하는 방안이 가장 효과적인 것을 확인할 수 있었다.
특히, ‘B’ 소음기는 소음기를 미설치한 장비에 비해 투과손실량이 21.9 dB(A) 저감되었고, ‘A’ 소음기 보다 16.6 dB(A) 저감된 것을 확인 할 수 있었다. 미국 국방규격(MIL-STD-1472G)에 따라 지속소음 수준 노출한계가 연속적인 소음의 경우 75 dB(A), 8시간 노출한계는 85 dB(A)로 규제하고 있는데, 'B' 소음기를 적용하면 이러한 인체공학적인 규제를 충족할 수 있음을 시험적으로 확인할 수 있었다[8].

후속연구

따라서 궤도장비의 APU 소음저감을 위해서는 구조물을 통해 전달되는 소음을 저감하는 방안이 효과적이라는 것을 본 연구를 통해 확인하였다. 공기기인소음을 저감하기 위해서는 본 연구에 적용한 방안과 같이 APU 엔진이 외부에 밀폐되지 않으면 흡음재 개선 등의 효과는 미미하기 때문에, APU 엔진이 밀폐되는 구조 등의 설계변경을 통해 소음을 저감하는 방안을 추후에 연구할 필요성이 있을 것으로 판단된다. 본 연구는 유사한 APU가 장착되는 타 군용 궤도장비의 소음을 저감하기 위한 연구의 기초자료로 쓰일 것으로 기대된다.
공기기인소음을 저감하기 위해서는 본 연구에 적용한 방안과 같이 APU 엔진이 외부에 밀폐되지 않으면 흡음재 개선 등의 효과는 미미하기 때문에, APU 엔진이 밀폐되는 구조 등의 설계변경을 통해 소음을 저감하는 방안을 추후에 연구할 필요성이 있을 것으로 판단된다. 본 연구는 유사한 APU가 장착되는 타 군용 궤도장비의 소음을 저감하기 위한 연구의 기초자료로 쓰일 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	군용 궤도장비의 중요한 요인은 무엇인가?	군용 궤도장비의 경우 상용자동차와 다르게 군사적 특성상 소음 및 진동, 승차감 등 감성적인 품질보다는 장비의 내구도 및 고․저온, 충격 등 극한 환경에서의 명시적 또는 묵시적 품질을 중요한 요인으로 간주한다. 그러나 최근에 소요군에서는 점차 일차원적인 명시적 또는 묵시적 품질보다 고차원적인 감성품질을 주요한 요소로 여기는 추세이다.
	일반적으로 소음은 무엇으로 분류할 수 있는가?	일반적으로 소음은 구조기인소음과 공기기인소음으로 분류할 수 있다[2]. 궤도장비 APU의 주 소음원은 APU 엔진에서 발생하는 소음으로써 구조물을 통해서 전달되는 소음과 엔진 주위의 공기를 가진 시켜 방사하는 소음으로 나눌 수 있다.
	군용 궤도장비에서 최근 중요하게 여기는 요소는?	군용 궤도장비의 경우 상용자동차와 다르게 군사적 특성상 소음 및 진동, 승차감 등 감성적인 품질보다는 장비의 내구도 및 고․저온, 충격 등 극한 환경에서의 명시적 또는 묵시적 품질을 중요한 요인으로 간주한다. 그러나 최근에 소요군에서는 점차 일차원적인 명시적 또는 묵시적 품질보다 고차원적인 감성품질을 주요한 요소로 여기는 추세이다.

참고문헌 (9)

B. H. Kim, J. H. Seo, Y. I. Park, Y. W. Kim, B. H. Kim, "A study on improvement of strength safety factor for K55A1 APU engine mounts", Korean Institute of military science and technology, Vol.19, No.3 pp. 281-287, 2015. DOI : https://doi.org/10.9766/KIMST.2016.19.3.281

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B. H. Kim, S. K. Lee, J. S. Yoon, K. C. Shin, S. J. Lee., "Identification of Airborne-noise Source and Analysis for Noise Source Contribution of a GDI Engine Using Sound Intensity Method", Korean Society for noise and vibration engineering, Vol.22, No.10 pp. 985-993, 2012. DOI: https://doi.org/10.5050/KSNVE.2012.22.10.985

원문보기 상세보기
Y. H. Kim, "Lecture notes on acoustics", No. 2008-36-0073, SAE technical paper, 2008.
Lawrence E. Kinsler, "Fundamentals of acoustics" 4th edition, ISBN 0-471-84789-5, John Wiley & Sons, Inc, 1999.
Y. H. Kim, W. H. Joo, J. G. Bae, "A study on the performance improvement of medium speed diesel engine exhaust silencer in the low-frequency range using array resonators", Korean Society for noise and vibration engineering, Vol.19, No.7 pp. 693-698, 2009. DOI: https://doi.org/10.5050/KSNVN.2009.19.7.693

원문보기 상세보기
Y. H. Kim, "Low frequency noise reduction inside duct by using membrane", Korea Society for noise and vibration engineering, Vol.14, No.11 pp. 1083-1090, 2004.

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J. Kwon., W. B. Jeong, C. S. Hong, "Effects of fluid velocity on acoustic transmission loss of simple expansion chamber", Korea Society for noise and vibration engineering, Vol.22, No.10 pp. 994-1002, 2012. DOI: https://doi.org/10.5050/KSNVE.2012.22.10.99

원문보기 상세보기
MIL-STD-1472G, Human Engineering, p. 151, 2012.
MIL-DTL-53133C, Generator Sets, Skid Mounted, Tactical, Quiet, Diesel Engine Driven, Alternating Current 5 Through 60 Kilowatts, General Specification For, p. 27, 2002.

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