Equipamento de teste de ventilador canalizado de ingestão de camada limite (BLI) dentro das instalações do túnel de vento de aeroacústica da Universidade de Bristol. Crédito: Feroz Ahmed
Pesquisadores da Universidade de Bristol desvendaram o mistério por trás do ruído produzido por aeronaves futurísticas com motores incorporados projetados para conservar energia.
O estudo, publicado no Revista de Mecânica dos Fluidos, revela pela primeira vez como o ruído é gerado e propagado a partir desses motores, tecnicamente conhecidos como ventiladores canalizados de ingestão de camada limite (BLI). Os ventiladores canalizados BLI são semelhantes aos grandes motores encontrados em aviões modernos, mas estão parcialmente embutidos no corpo principal do avião, em vez de sob as asas. Como ingerem ar pela frente e pela superfície da fuselagem, eles não precisam trabalhar tanto para mover o avião, por isso ele queima menos combustível.
Ilustração de fontes de ruído complexas em um motor incorporado ou ventilador canalizado de ingestão de camada limite (BLI). Crédito: Feroz Ahmed
A pesquisa, liderada por Feroz Ahmed, da Escola de Engenharia Civil, Aeroespacial e de Design de Bristol, sob a supervisão do professor Mahdi Azarpeyvand, utilizou o Túnel de Vento Aeroacústico Nacional da Universidade. Eles foram capazes de identificar fontes distintas de ruído originadas do duto, do ventilador giratório e do ar fluindo sobre a superfície curva da fuselagem.
Eles descobriram que o padrão de ruído muda dependendo de quanto impulso o ventilador está produzindo. Quando o ventilador está produzindo alto empuxo, eles observaram um padrão de ruído semelhante ao visto em ventiladores sem dutos. Mas quando o ventilador produz menos impulso, o padrão de ruído muda porque o próprio duto começa a fazer mais ruído.
Ruído na Aviação
Dr. Ahmed disse: “Nosso estudo aborda esta questão urgente do ruído, que representa um grande obstáculo na obtenção de certificações, ao descobrir a física por trás do ruído que essas configurações produzem. Ao compreender os mecanismos de ruído nos ventiladores canalizados BLI, espera-se que diretrizes industriais possam ser desenvolvidas para sistemas de propulsão integrados à fuselagem mais silenciosos em futuros conceitos de aeronaves, desde aeronaves convencionais de grande escala até decolagens e pousos elétricos verticais em pequena escala, conhecidos como eVTOL, aeronave.”
Projetos como Bell X-22A, Embraer X, Airbus E-fan, Lilium Jet, Green Jet e Hybrid Air Vehicle estão liderando o desenvolvimento desses sistemas para aeronaves de próxima geração. Eles estão se tornando mais populares devido aos avanços em motores elétricos potentes.
Ahmed disse: “Mas há um problema para os ventiladores com dutos embutidos – quão barulhentos ou silenciosos eles são ainda é um mistério, especialmente quando eles estão ingerindo o fluxo de ar ao redor da superfície curva da fuselagem.
Ventilador elétrico canalizado montado próximo à superfície curva. Crédito: Feroz Ahmed
“Pesquisas anteriores sobre configurações BLI focaram principalmente em ventiladores sem dutos, onde a camada limite se forma sobre superfícies planas da fuselagem. No entanto, existe uma lacuna de conhecimento quando se trata de ventiladores canalizados que ingerem ar em torno de superfícies curvas da fuselagem, como visto em projetos como ONERA NOVA, NASA/COM Aurora D8 e Airbus Nautilus.
“Portanto, neste estudo, examinamos de perto os vários fatores que contribuem para o ruído produzido pelos ventiladores canalizados embutidos instalados em superfícies curvas da fuselagem.”
Os pesquisadores projetaram um equipamento de teste BLI com um ventilador elétrico montado próximo a uma parede curva, replicando a configuração de motores embarcados vistos em projetos como o conceito de aeronave ONERA NOVA. Eles coletaram diferentes tipos de dados da plataforma, incluindo medições da potência do ventilador e da quantidade de ruído gerado. Ao dissecar as complexidades dos mecanismos de interação do ruído entre várias fontes, esta estrutura ajudou a descobrir a física subjacente de onde o ruído se originou e como ele mudou à medida que o ventilador operava em diferentes níveis de impulso.
Conclusão e impacto potencial
Dr. Ahmed concluiu: “Com a crescente demanda por uma experiência de voo agradável com mínimo impacto ambiental, há necessidade de aeronaves mais silenciosas. Esta investigação tem aplicações potenciais no desenvolvimento de estratégias para reduzir as emissões de ruído no setor da aviação.
“Além disso, nossa investigação abrangente sobre como desbloquear as contribuições de ruído nos ventiladores canalizados BLI tem o potencial de orientar atividades de pesquisa significativas dentro da comunidade de mecânica de fluidos. Isto, por sua vez, poderia promover uma compreensão mais profunda e uma maior exploração dos fenômenos aeroacústicos em ventiladores canalizados expostos a um amplo espectro de fluxos turbulentos de entrada.
“Nosso estudo esclarece como o ruído é gerado por ventiladores futurísticos com dutos embutidos montados em superfícies curvas da fuselagem, revelando que os padrões de ruído variam com os níveis de impulso do ventilador, oferecendo insights cruciais para projetos de aeronaves de próxima geração mais silenciosos.”
Referência: “Aeroacústica de um ventilador canalizado ingerindo uma camada limite de gradiente de pressão adverso” por Feroz Ahmed, Ismaeel Zaman, Djamel Rezgui e Mahdi Azarpeyvand, 15 de abril de 2024, Revista de Mecânica dos Fluidos.
DOI: 10.1017/jfm.2024.134
Esta pesquisa, patrocinada pelo programa de pesquisa e inovação Horizonte 2020 da União Europeia no âmbito do contrato de subvenção do projeto ENODISE (Permitindo conceitos otimizados de integração disruptiva de fuselagem-propulsão) número 860103, foi conduzida em colaboração com ONERA – o Laboratório Aeroespacial Francês, e vários outros parceiros.
