Acoustic fan tester was designed, manufactured, and analyzed in order to measure the performance and noise of a fan at various system resistances. Conventional noise measurement of an automotive cooling fan in a free-field is unsuitable to represent the operational environment in practical automobiles. The actual operating conditions have various system resistances owing to the diverse environments of a vehicle engine room. The performance and aeroacoustic of the fan may change if the system resistance changes. However, the suction fan in the fan tester emits considerably larger noise than the cooling fan itself, which causes significant difficulty in measurement of fan noise at system resistances. Therefore, the KAIST Acoustic Fan Tester is proposed in order to measure the fan noises at system resistances. First, the KAIST anechoic wind tunnel was used. It has a silent suction system with two types of muffler in order to reduce the tonal and broadband noise of the suction fan. Second, a new apparatus was designed to measure the fan performance at system resistances. The measured results were validated with reference data obtained from a conventional apparatus. Third, in order to measure only the fan noise at system resistances, the background noise generated by each component of the designed apparatus was analyzed. In addition, an acoustic correction method was proposed to investigate the reflected and scattered noise by the apparatus, the fan noise measured by Acoustic Fan Tester with no resistance and the fan noise measured at the free field are analyzed, Boundary Element Method (BEM) is used for the acoustic correction. Finally, the fan noise when the inflow is changed due to various structures such as a radiator and a condenser in the upstream direction was investigated. Data reduction of non-dimensional fan performance was also proposed considering the upstream system resistance. It is expected that fan noise measurement in a real environment can be performed using the proposed Acoustic Fan Tester. In further study, as downstream system resistances due to engine blocks are researched, it is anticipated that a more accurate real vehicle environment will be implemented.
다양한 시스템 저항에서 팬 소음과 성능을 측정할 수 있는 음향 팬 테스터를 설계, 제작 그리고 분석하였다. 현재 전세계적으로 사용되는 자유음장에서 팬 소음 측정 조건은 실제 자동차의 운전 환경과 다르다. 실제 팬 작동조건은 차량 엔진 내부 공간의 다양한 환경으로 시스템 저항이 발생하고 이로 인해 팬의 성능과 공력소음이 변할 수 있다. 따라서 다양한 시스템 저항 하에서 팬 소음을 측정하는 것이 반드시 필요하나 팬 성능을 측정하는 팬 테스터의 구성요소 중 하나인 흡입팬의 소음이 상대적으로 측정하고자 하는 팬 소음보다 상당히 커서 시스템 저항에서의 팬 소음 측정이 어렵다. 또한, 팬 성능과 공력소음을 동일한 조건에서 동시에 측정해야 한다. 따라서, 시스템 저항을 고려한 팬 소음 측정을 위해 KAIST 무향풍동으로 팬 소음을 측정할 수 있는 KAIST 음향 팬 테스터를 제안하였다. 첫째로, KAIST 무향풍동에 장착된 흡입팬은 분절소음과 광역소음을 은 두 가지 타입의 머플러로 적용하여 소음을 줄였고, 이를 원형대로 사용하였다. 둘째로, 시스템 저항 하에서 팬 성능을 측정할 수 있도록 장비를 설계하였고, 기존의 팬 성능 결과와 비교하였다. 셋째로, 시스템 저항에서 팬 소음만을 측정할 수 있도록, 성능을 측정하는 장비 구성요소들에서 발생하는 배경소음을 분석하였다. 또한, 음향 측정시 팬 테스터 내부 구조물로 인한 음향 반사 및 산란 영향을 알아보기 위해 시스템 저항이 없는 경우 음향 팬 테스터로 측정한 팬 소음과 자유음장에서 측정한 팬 소음과의 차이를 음향경계요소법(BEM)를 이용하여 KAIST 음향 팬 테스터의 구조물로 인한 음향 보정 방법을 제안하였다. 마지막으로, 라디에이터와 콘덴서와 같은 다양한 구조물로 인해 팬 상류 방향에서 유입류가 변화할 때의 팬 소음이 연구되었고, 또한, 유입유 효과로 인한 시스템 저항에 대한 무차원화된 팬 성능 데이터 측정법도 제안되었다. 제안된 음향 팬 테스터로 인해, 실제 환경에서의 팬 소음 측정이 이루어지길 기대할 수 있다. 추후, 엔진블록으로 인한 후류방향에서의 시스템 저항에 대한 연구가 진행되면 더 정확한 실차 환경이 모사될 것으로 예상된다.
