목표 음향 특성을 갖는 머플러의 최적 설계

Abstract

본 논문에서는 배기 소음을 줄이는 머플러의 내부 구조를 부분적으로 변경하여 원하는 음향 특성을 얻는 효율적인 설계 절차를 제시하고, 이에 따라 설계된 머플러를 제작하여 제시한 방법의 유효성을 검증한다. 일반적으로 새로운 차량에 장착되는 머플러의 내부 구조는 완전히 새롭게 설계되거나 기존에 사용되던 머플러의 외형을 장착 공간을 고려하여 조금 수정하여 사용하게 된다. 전자의 경우는 새로운 생산라인을 구성하게 되어 많은 비용이 발생되고, 후자의 경우는 생산라인을 크게 변경할 필요는 없기에 자동차 업체에서는 후자를 널리 사용하고 있다. 그러나, 이렇게 장착된 머플러로부터 원하는 성능을 얻지 못하는 경우가 자주 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 기존에는 경험에 의존한 구조 변경 방법이 사용되어 왔지만, 본 연구에서는 최적 설계 기법을 도입하여 기존 머플러의 구조를 부분적으로 설계하는 머플러 설계 절차를 제안한다. 먼저, 부품 별 음향 특성 기여도를 파악하고, 이를 바탕으로 기여도가 높은 부품의 형상 치수를 설계 변수로 선정한다. 주어진 목표 투과 손실 곡선을 갖도록 음향 치수 최적 설계 문제를 정식화 하고, 구체적인 설계 조건에 알맞은 최적해를 얻는다. 마지막으로 이렇게 최적 설계된 머플러의 소음 저감 성능은 실험을 통하여 본 연구의 유효성을 입증한다.