STUDIOE APPLICAZIONEDI SISTEMIDI CONTROLLOATTIVODEL RUMORESU IMBARCAZIONIDA DIPORTOE NAVI                  1
gennaio 2012                      INDICE                               INTRODUZIONESTUDIO                        p. 5E APP...
INTRODUZIONEIl progetto SASCAR - Studio ed applicazione di sistemi             Già nei primi mesi di attività, il progetto...
SISTEMI DI CONTROLLO VIBRO-ACUSTICO                                                                                       ...
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SASCAR è un progetto di ricerca industriale dedicato alla realizzazione di un prototipo per la riduzione del rumore a bordo di navi e imbarcazioni da diporto. Il prototipo potrà successivamente dare luogo a un brevetto e alla commercializzazione di un dispositivo innovativo, che permetterà di migliorare la qualità della navigazione tanto per i passeggeri che per l’equipaggio.
La pubblicazione realizzata a cura dei partner del progetto (Esion srl, Università di Udine, Friuli Innovazione e il consorzio per l’Alta Ricerca Navale RINAVE) si propone di presentare la tematica dell’ANC da vari punti di vista. Inizialmente viene proposto l’aspetto scientifico, a cura del prof. Paolo Gardonio dell’Università di Udine, con una panoramica dei principi e dei concetti base del controllo attivo del rumore e con alcuni casi di utilizzo. Viene trattato poi il lato applicativo con la descrizione degli aspetti tecnologici di un prototipo di sistema ANC con un focus sulle modalità di integrazione sulle navi, che è l’oggetto specifico della ricerca di SASCAR.

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  1. 1. STUDIOE APPLICAZIONEDI SISTEMIDI CONTROLLOATTIVODEL RUMORESU IMBARCAZIONIDA DIPORTOE NAVI 1
  2. 2. gennaio 2012 INDICE INTRODUZIONESTUDIO p. 5E APPLICAZIONE p. 6 SISTEMI DI CONTROLLO VIBRO-ACUSTICODI SISTEMI PER VEICOLI TRASPORTO PASSEGGERI LO STATO DELL’ARTE SUL CONTROLLO ATTIVO DEL RUMORE (ANC)DI CONTROLLO Prof. Paolo Gardonio Dipartimento di Ingegneria Elettrica Gestionale e Meccanica, Università di UdineATTIVODEL RUMORE p. 18 ASPETTI TECNOLOGICI DEL PROTOTIPOSU IMBARCAZIONI Ing. Gabriele Castelli, ESION SrlDA DIPORTO p. 22 RICADUTE POSITIVEE NAVI DELL’INTRODUZIONE DEL CONTROLLO ATTIVO DEL RUMORE SULLA SALUTE Dott. Ezio Gallas, Medico Chirurgo p. 24 L’IMPORTANZA DI SOLUZIONI PER L’ANC PER I PRODUTTORI DI IMBARCAZIONI IL CONTROLLO ATTIVO NEGLI IMPIANTI DI BORDO Ing. Francesco De Lorenzo Fincantieri p. 26 LE NUOVE FRONTIERE DEL COMFORT SUGLI YACHTS Ing. Paolo Cerisola, Monte Carlo Yachts p. 27 PROSPETTIVE FUTURE PER L’USO DEI RISULTATI DELLA RICERCA INDUSTRIALE CONDOTTA NELL’AMBITO DEL PROGETTO SASCAR Intervento di apertura di Tullio Paiza, Presidente di ESION Srl, all’evento di presentazione del progetto – Marina di Lepanto 9 giugno 2011 p. 28 CREDITS . 2 3
  3. 3. INTRODUZIONEIl progetto SASCAR - Studio ed applicazione di sistemi Già nei primi mesi di attività, il progetto ha dimostratodi controllo attivo del rumore su imbarcazioni da di- di possedere potenziali risvolti commerciali molto inte-porto e navi, prevede lo sviluppo e l’applicazione di un ressanti, come emerso nel corso dell’evento di presen-sistema di controllo attivo del rumore dedicato al con- tazione del progetto medesimo (Monfalcone, 9 giugnotrollo delle emissioni con componenti a bassa frequenza 2011), al quale hanno partecipato importanti impresepropagate da alcuni sistemi presenti a bordo, come ad del settore navale e nautico, come Ansaldo Sistemi Indu-esempio gli impianti di ventilazione e condizionamento, striali, Fincantieri, Montecarlo Yacht (gruppo Beneteau)o i generatori. L’obiettivo è rendere più comoda e piace- e Wartsila.vole l’esperienza di navigazione per i passeggeri e ridurrel’esposizione al rumore del personale di bordo. Un altro elemento significativo del progetto SASCAR ri- guarda il partenariato che sta portando avanti questaIl progetto è co-finanziato dal POR FESR 2007 - 2013 iniziativa, composto da:Obiettivo Competitività regionale e Occupazione della Esion Srl (capofila), piccola e media impresa specializ-Regione Autonoma Friuli Venezia Giulia ed è una del- zata nel campo dell’acustica e delle vibrazioni;le sette iniziative approvate a fine 2010 nell’ambito del Università degli Studi di Udine - Dipartimento di Inge-bando per la realizzazione di progetti di ricerca indu- gneria Elettrica, Gestionale e Meccanica;striale nei settori della cantieristica navale e della nau- Friuli Innovazione - Centro di Ricerca e di Trasferimentotica da diporto. Tecnologico, ente gestore del Parco Scientifico e Tecno- logico “Luigi Danieli” di Udine;Il contesto nel quale si inserisce SASCAR vede la com- RINAVE - Consorzio per l’Alta Ricerca Navale.petizione tra costruttori (tanto di yacht di grandi dimen-sioni e imbarcazioni da diporto, quanto di navi trasporto La composizione del consorzio che ha promosso il pro-merci e passeggeri) sempre più incentrata sul migliora- getto SASCAR è un esempio concreto di collaborazionemento del comfort a bordo. tra il mondo della ricerca e quello dell’impresa, in cuiTra gli aspetti che incidono maggiormente sulla sensa- Esion e il Dipartimento dellateneo udinese svolgono lezione di comfort c’è quello del controllo del rumore e del- attività di ricerca e sviluppo, mentre Friuli Innovazione ele vibrazioni. I sistemi tradizionali utilizzano metodi pas- RINAVE si occupano delle attività di coordinamento pro-sivi, che prevedono l’impiego di materiali fono isolanti e/o gettuale e di diffusione e divulgazione dei risultati.fonoassorbenti e di materiali antivibranti. Questi sistemi,tuttavia, comportano degli svantaggi legati al peso dei Questo modello di collaborazione pubblico-privato, nelmateriali medesimi, di cui si deve tener conto nelle solu- quale esperienze e competenze diverse e multidiscipli-zioni ingegneristiche applicate nell’architettura navale. nari concorrono al raggiungimento di risultati concreti a beneficio della comunità imprenditoriale e scientifica,Il progetto SASCAR punta a studiare soluzioni migliora- è stato reso possibile grazie al sopracitato bando per lative dei sistemi di mitigazione del rumore e delle vibra- realizzazione di progetti di ricerca industriale nei setto-zioni su imbarcazioni di qualsiasi dimensione e tipologia, ri della cantieristica navale e della nautica da diporto. Ilattraverso l’adozione di un approccio innovativo ed effi- bando, elaborato dalla Regione Autonoma Friuli Veneziacace laddove i tradizionali sistemi di insonorizzazione si Giulia per investire i fondi del POR FESR 2007-2013, harivelano inadeguati. messo a disposizione oltre 5 milioni di Euro per iniziativeSi prevede, infatti, l’applicazione di un sistema a control- ad elevato impatto sistemico.lo attivo del rumore (ANC - Active Noise Control), dedica-to al controllo delle emissioni con componenti a bassafrequenza.Gli obiettivi specifici del progetto SASCAR sono: ottenere una base di dati relativa al rumore prodottodagli impianti a bordo di navi o yacht; sviluppare un sistema ANC, nelle sue componenti har-dware e software, che sia efficace, economico e versatilenei confronti delle diverse problematiche che si possonoriscontrare sulle imbarcazioni. . 5
  4. 4. SISTEMI DI CONTROLLO VIBRO-ACUSTICO [15,16] che vengono montati sulla struttura della fuso- liera dell’aereo cosicchè il campo acustico di controllo grande attività di ricerca per svilup-pare le cosidette “smart structures” (strutture intelligenti) per l’“ActivePER VEICOLI TRASPORTO PASSEGGERI * viene generato dai pannelli della fusoliera stessa con maggiore efficienza rispetto agli altoparlanti. I primi Structural Acoustic Control” (ASAC). Questi sistemi di controllo sono stati studiati principalmente per applica- esperimenti condotti su aerei con propulsione ad elica zioni aeronautiche [25]. Essi sono costituiti da sensori eLO STATO DELL’ARTE SUL CONTROLLO ATTIVO DEL RUMORE (ANC) diedero risultati molto incoraggianti e quindi, pochi anni attuatori direttamente connessi alla struttura dell’aereo dopo i primi test di prova, si procedette alla realizzazio- che pertanto risulta essere leggera e compatta e in gra- ne e allo sviluppo delle prime applicazioni commerciali do di ridurre la trasmissione del rumore vibro-acusticoProf. Paolo Gardonio Dipartimento di Ingegneria Elettrica Gestionale e Meccanica, Università di Udine [14,17,18]. Ad oggi sono stati istallati più di mille sistemi verso la cabina [26,27]. L’interesse per le smart struc- di controllo del rumore in cabina in aerei con propulsio- tures è motivato anche dal fatto che, utilizzando coppie ne ad elica di vari produttori. Ad esempio, questo tipo di sensori e attuatori collocati, si possono implementa- di sistema viene installato su tutti i veicoli Bombardier re controlli in retroazione (feedback) che permettono il DASH-8. Al contrario, nel settore automobilistico que- controllo di disturbi stocastici (random) stazionari comeAbstract 1. Introduzione sto tipo di tecnologia non ha ancora trovato un utilizzo ad esempio il rumore aerodinamico dovuto al flusso tur- commerciale diffuso. Pro-babilmente questa situazio- bolento dell’aria sulla superfice della fusoliera oppureLa nuova generazione di veicoli per il trasporto passeg- Durante gli ultimi venticinque anni, la ricerca sul control- ne è dovuta sia al costo delle componenti (microfoni, il rumore dei motori a reazione [26]. Una prima appli-geri, in particolare auto e aerei, richiede soluzioni inno- lo del rumore e delle vibrazioni ha subito un forte impul- altoparlanti, controllore) che al costo di istallazione di cazione è stata sviluppata recentemente per il veicolovative per la riduzione del rumore interno che possano so grazie ad una nuova metodologia nota come “controllo questi sistemi attivi (connessioni elettriche, software trasporto mezzi A400M dell’Airbus: questa prevede unsoddisfare i nuovi criteri di progettazione. In particola- attivo del rumore e delle vibrazioni”. I concetti base del di controllo) che quindi porterebbe ad una riduzione grande numero di attuatori elettrodinamici inerzialire, dato il crescente costo del carburante causato dalla controllo attivo acustico furono introdotti da Lueg nel consistente dei già bassi margini di guadagno tipici del montati direttamente sulla fusoliera dell’aereo in modoriduzione delle scorte di petrolio e vista la sempre più 1936 [1] che presentò un brevetto per il controllo attivo settore automobilistico. Tuttavia, questa situazione sta da ridurre il rumore dei quattro propulsori fissati sullepressante richiesta per la riduzione delle emissioni di in avanti (feed-forward) di onde acustiche tonali che si progressivamente cambiando, soprattuto in relazione al ali dell’aereo, rumore efficacemente trasmesso all’in-gas inquinanti nell’aria, vi è un grande interesse a rea- propagano su guide monodimensionali ed anche nello fatto che oggi si può integrare il sistema di controllo nei tero tramite i pannelli sottili di alluminio (circa 1.3-1.5lizzare veicoli leggeri a basso consumo. Le tecnologie del spazio tridimensionale libero. Tuttavia i primi studi spe- sistemi Hi-Fi digitali attualmente utilizzati nelle vetture mm) di cui è composta la fusoliera.controllo attivo del rumore e delle vibrazioni offrono so- rimentali con semplici circuiti analogici di controllo fu- e quindi ridurre notevolmente sia i costi delle compo- Questo articolo* introduce gli aspetti principali che ca-luzioni interessanti che possono essere efficacemente rono presentati circa due decenni dopo da Olson e May nenti (solo microfoni) che i costi di istallazione (solo il ratterizzano i sistemi di controllo del rumore e delle vi-combinate a trattamenti passivi leggeri per il controllo [2] e da Conover [3]. Ci vollero in seguito altri vent’anni software di controllo). Inoltre, il problema del costo dei brazioni con architetture feed-forward e feedback. Inol-del rumore a basse e medie frequenze audio. per arrivare allo studio e allo sviluppo delle prime appli- carburanti (dovuto alla ridotta disponibilità futura di pe- tre, presenta una breve descrizione delle applicazioni di  cazioni con sistemi di controllo più complessi basati su trolio) e il problema del riscaldamento terrestre (dovuto maggior successo che sono state studiate e sviluppateLa parte introduttiva dell’articolo offre una panoramica tecnologia digitale [4,5]. principalmente alle emissioni di CO2) stanno forzando fino ad oggi in campo aeronautico e automobilistico.dei principi del controllo attivo del rumore con sistemi in Durante gli anni 80, diversi ricercatori iniziarono a stu- l’industria automobilistica a produrre autovetture sem- L’articolo è organizzato in cinque sezioni. La seconda“feed-forward” e “feedback” per il controllo di disturbi to- diare la fattibilità della tecnologia “Active Noise Control” pre più leggere e con motori leggeri di bassa cilindrata sezione introduce i concetti base delle architetture dinali e stocastici rispettivamente. Le tre sezioni seguenti (ANC) per ridurre i forti disturbi tonali rilevati nelle ca- che tuttavia presentano grandi problemi di rumore. I controllo feed-forward e feedback. Le sezioni 3, 4 e 5presentano i concetti base del controllo attivo del rumore bine di aerei e prodotti dalle pale dei propulsori ad elica sistemi di controllo attivo del rumore permettere di ri- presentano i sistemi principali che sono stati studiati a)all’interno di un veicolo, l’isolamento attivo della trasmis- [6,7,8] e per ridurre i disturbi tonali percepiti all’interno solvere parte di questi problemi (sopratutto il rumore per il controllo del rumore interno, b) per l’isolamento disioni delle vibrazioni generate da specifiche componenti di auto-vetture e generati dal motore [9,10]. In seguito prodotto dal motore e parzialmente il rumore prodotto organi vibranti e c) per il controllo della trasmissione delmeccaniche ed infine il controllo della trasmissione del vennero realizzate dimostrazioni sperimentali su veicoli dalle ruote a basse frequenze) senza influire sul peso rumore attraverso pareti sottili.rumore attraverso le pareti sottili del veicolo. in scala reale e si procedette alle prime prove per testare dell’autovettura. Infine un dato sistema di controllo può l’efficacia di questa tecnologia sia negli aerei a propul- essere istallato su più modelli di autovetture con note- sione ad elica e negli elicotteri [5], sia nelle autovetture vole riduzione dei costi di progettazione e sviluppo dei 2. Architetture di controllo [11,12,13]. Solitamente questi tipi di sistemi di controllo veicoli. utilizzano un controllore multicanale che guida degli al- I successi ottenuti con il controllo attivo del rumore han- In generale le architetture dei sistemi di controllo acu- toparlanti posizionati dietro i pannelli interni della cabi- no spinto la ricerca verso nuove so-luzioni basate sul stico e vibratorio sono divise in due categorie principa- na passeggeri o dell’automobile (soprattutto i pannelli controllo attivo. Ad esempio sistemi di “Active Vibration li: architettura feed-forward e architettura feedback. laterali e quelli sottostanti gli scomparti per i bagagli Control” (AVC) sono stati sviluppati per mitigare la tra- Entrambi gli approcci si pos-sono implementare con della cabina degli aerei op-pure i pannelli degli sportel- smissione delle vibrazioni attraverso gli elementi strut- una sola coppia sensore-attuatore ed un controllore a li dell’auto) in modo da ridurre il rumore nelle vicinanze turali che connettono il rotore alla struttura della cabi- canale singolo, oppure con più sensori e attuatori e un della testa dei passeggeri. Questo tipo di controllo è re- na degli elicotteri [19,20]. Inoltre, assorbitori dinamici controllore multicanale. I principi fondamentali di que- alizzato con un algoritmo feed-forward adattativo che adattativi sono stati utilizzati per controllare il rumore sti due approcci sono riassunti brevemente nelle due si basa su un segnale di riferimento normalmente mi- vibro-acustico generato dai motori a getto montati sul- sottosezioni riportate di seguito con riferimento al pro- surato con un tachimetro posizionato sul rotore di una la parte posteriore della fusoliera degli aerei DC-9 and blema del controllo del rumore all’interno della cabina delle eliche di propulsione dell’aereo oppure sull’albero MD-80 della McDonnel Douglas [21]. In parallelo, sono di un aereo a propulsione ad elica oppure all’interno di motore dell’auto e su segnali di errore forniti da microfo- stati sviluppati anche dei sistemi di sospensione attiva un’autovettura con un sistema multi-canale di control- ni posizionati sui poggia testa dei sedili dei passeggeri per i motori delle automobili, comandati da un control- lo. L’obiettivo è di introdurre i concetti fondamentali dei [4,5]. I sistemi di controllo per il rumore in cabina svilup- lore di tipo feed-forward che minimizza il rumore all’in- due approacci e di mettere in risalto le limitazioni di tali pati recentemente utilizzano attuatori elettrodinamici terno dell’autovettura [22,23,24]. sistemi con riferimento alle applicazioni nel campo ae- inerziali [14] oppure risuonatori accordati attivamente A partire dalla prima metà degli anni 90, c’è stata una ronautico e automobilistico.* Questo articolo è stato pubblicato sugli atti del 37 Convegno Nazionale Associazione Italiana di Acustica. Siracusa 26 – 28 Maggio 2010. * Parte di questo articolo prende spunto dalla referenza [25].Si ringrazia l’Associazione Italiana di Acustica per aver concesso la possibilità di utilizzare l’articolo in questa pubblicazione. 6 7

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