Design of a muffler for a formula student prototype using micro-perforated materials

This Master Thesis presents the design, fabrication and testing of a dissipative silencer for a single-seater equipped with a small displacement internal combustion engine, using the technology of microperforates. This project starts as a consequence of the problems faced by the Formula Student team of Universidad Politécnica de Madrid, UPM Racing, during the 2015/2016 season in the acoustic emissions measurements of the competition. The use of a reactive silencer would be the easiest way to get to the desired attenuation of the noise emitted by the car. However, reactive systems would reduce the power transmitted to the wheels by the engine. Moreover, this kind of devices usually have important dimensions and mass, which are incompatible with the compact and light cars that compete in Formula Student. The use of a dissipative silencer allows to solve those problems. In addition, the utilization of the technology of microperforates would allow to reach high attenuations, above all in the low frequency range, where the traditional dissipative solutions are less effective. On the other hand, the implementation of this technology to the silencer of the vehicle could represent a first step towards the development of systems of this kind for commercial vehicles like cars: the reduction of the mass of the vehicle would allow for a reduction of the fuel consumption and an improvement of the dynamic behaviour.

Il presente lavoro di tesi presenta la progettazione, la fabbricazione e il testing di un silenziatore dissipativo per una monoposto equipaggiata con un motore a combustione interna di piccola cilindrata, utilizzando la tecnologia dei microperforati. Il progetto si prospetta come conseguenza dei problemi avuti dal team di Formula Student UPM Racing, della Universidad Politécnica de Madrid, durante la stagione 2015/2016 nella prova di emissione sonora della competizione. L’utilizzo di un silenziatore reattivo sarebbe la via più semplice per raggiungere la attenuazione necessaria del rumore emesso dal motore del veicolo. Ciononostante, i dispositivi reattivi provocano una riduzione della potenza trasmessa alle ruote dal motore della monoposto. Inoltre questi dispositivi hanno solitamente massa e dimensioni importanti, caratteristiche incompatibili con veicoli compatti e leggeri come lo sono quelli che partecipano alla competizione Formula Student. L’impiego di un silenziatore dissipativo permette la risoluzione di questi problemi. In più, l’adozione della tecnologia dei materiali microperforati permetterebbe il raggiungimento di attenuazioni elevate, soprattutto nell’intervallo delle basse frequenze in cui i silenziatori dissipativi tradizionali di solito sono meno efficaci. D’altra parte, l’applicazione di questa tecnologia al silenziatore di un veicolo potrebbe rappresentare un primo passo verso lo sviluppo di sistemi di questo tipo per veicoli terrestri come auto private o autocarri: la diminuzione della massa del veicolo permetterebbe una riduzione del consumo di carburante e un miglioramento del comportamento dinamico.