Reduciendo el ruido de los helicópteros
Imaginemos un helicóptero silencioso moviendo sigilosamente tropas y suministros por un futuro campo de batalla. En efecto, los investigadores del ejército de EE.UU. consideran que la tecnología de reducción de ruido de los helicópteros es una prioridad en el diseño de aeronaves.
En el DEVCOM, Laboratorio de Investigación del Ejército, los investigadores colaboraron con Uber y la Universidad de Texas en Austin para investigar las propiedades acústicas de las aeronaves eléctricas de despegue y aterrizaje vertical, que utilizan propulsión eléctrica distribuida para impulsar el vuelo.
Estos vehículos eVTOL pueden ayudar al Ejército en tareas importantes como la vigilancia aérea y el transporte de carga; sin embargo, tienen rotores más pequeños que los helicópteros tradicionales. Como resultado, los rotores de los eVTOL pueden emitir una firma de sonido diferente que los investigadores tendrán que tener en cuenta.
«El ruido que se escucha de estos rotores más pequeños se genera a través de mecanismos físicos fundamentalmente diferentes», dijo el Dr. George Jacobellis, ingeniero investigador del Ejército en la Dirección de Tecnología de Vehículos del laboratorio. «Las técnicas tradicionales de modelado deben ser mejoradas para tener en cuenta todo el ruido generado para que los diseñadores de vehículos puedan ser conscientes de lo que realmente se escuchará».
Las simulaciones estándar de ruido de los helicópteros se centran principalmente en la predicción de los diferentes ruidos que producen.
Uno proviene del desplazamiento del aire por las palas del rotor, mientras que el ruido de carga se produce cuando las fuerzas de elevación y arrastre actúan sobre el aire que fluye alrededor de las alas giratorias. Juntos, forman lo que los expertos denominan ruido tonal.
Por el contrario, los investigadores del ejército sospechaban que los rotores de eVTOL generan más ruido de banda ancha, que se refiere a los sonidos causados por la turbulencia, que ruido tonal.
«No sabíamos si el ruido de banda ancha era importante o no, pero sabíamos que el ruido tonal y el de banda ancha se escalaban de manera diferente», dijo Jacobellis. «Pensamos que a medida que los rotores se hicieran más pequeños habría algún punto en el que el ruido de banda ancha sería la fuente dominante».
El equipo confirmó su hipótesis en su estudio de investigación, que no solo midió las características acústicas de varias configuraciones de rotores de eVTOL, sino que también evaluó las capacidades de modelado de las simulaciones de ruido de los helicópteros para los rotores de eVTOL.
Durante un experimento de campo, los investigadores montaron un banco de pruebas con dos rotores alimentados eléctricamente y registraron el ruido generado por encima y por debajo del plano del rotor con nueve micrófonos colocados en un conjunto circular que rodeaba el centro del rotor.
Para las simulaciones, el equipo utilizó el Sistema de Análisis Integral de Naves con Rotor (RCAS) junto con un programa separado llamado PSU-WOPWOP, un código rutinario de predicción de ruido llamado así por la onomatopeya para el sonido que hacen las palas de los helicópteros.
«RCAS calcula las cargas aerodinámicas, o fuerzas, sobre las palas, así como la flexión y el giro de las palas», dijo Jacobellis. «Esta información es necesaria para usarla como entrada al PSU-WOPWOP, que calcula el ruido generado por el rotor. La conexión de los dos programas requirió una cantidad significativa de trabajo, que fue hecho por nuestro grupo también».
Los investigadores modelaron el ruido de banda ancha en el PSU-WOPWOP con el método de Pegg, uno de los dos ajustes presentes en el programa de simulación, con el otro llamado método de Brooks.
Mientras que el método de Pegg hace predicciones de ruido de banda ancha basadas en datos experimentales de todo el rotor, el método de Brooks tiene en cuenta la distribución única de la elevación a lo largo de la pala.
«Estas tecnologías son prometedoras en su capacidad de predecir el ruido de los rotores de eVTOL, pero necesitamos hacer más trabajo para obtener una precisión aceptable«, dijo Jacobellis. «Los próximos pasos son implementar el método de Brooks para obtener predicciones acústicas de mayor precisión y comparar las cargas inestables entre la simulación y el experimento para comprobar la precisión de las simulaciones en la predicción de las cargas inestables. El método de Brooks debería ser mejor para capturar configuraciones únicas y distribuciones de carga».
Los investigadores también encontraron que los rotores co-axiales co-rotativos, pueden ofrecer potencialmente un mejor rendimiento y menos ruido que un rotor convencional. A diferencia de los rotores convencionales que emplean palas dispuestas en un solo plano, los otros rotores colocan las palas en múltiples planos.
Según los resultados de su estudio, estos últimos rotores, con palas de rotor igualmente espaciadas, producen el menor nivel de ruido, aproximadamente el mismo nivel que el de un rotor tradicional.
Al investigar diferentes valores de espaciamiento axial, los investigadores del Ejército creen que pueden descubrir una configuración que produce menos ruido que el rotor convencional. (Fuente: NCYT Amazings)
