Efeito aeroacústico de excrescências bidimensionais na cova de um eslate

• Main Author: Filipe Ramos do Amaral
• Other Authors: Marcello Augusto Faraco de Medeiros
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2015
• Subjects: beamforming; DAMAS; Aeroacústica; Dispositivos de Hipersustentação; Ruído de Eslate; Aeroacoustics; Beamforming; High-Lift Devices; Slat Noise
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18148/tde-23032015-155925/

O presente trabalho refere-se a um estudo aeroacústico experimental visando caracterizar o ruído de eslate sob a presença de excrescências instaladas no interior de sua cova, e em ângulos de ataque extremos (entre -4 e 18 [º]). O eslate é um dispositivo hipersustentador posicionado no bordo de ataque do perfil aerodinâmico que objetiva a operação da aeronave em voo com uma menor velocidade. Desta maneira, é proporcionado um maior ângulo de estol e consequente maior sustentação, permitindo que os procedimentos de pouso e decolagem sejam mais seguros e que uma pista menor para ambas as operações possa ser utilizada, por exemplo. Este estudo contempla um modelo de perfil MDA 30P30N, com as excrescências no formato de selos de seção transversal bidimensional, circular e quadrada, presentes em diferentes posições na cova do eslate e ao longo de toda a sua envergadura. Foram compreendidos diferentes ângulos de ataque do modelo e velocidades de escoamento livre. O trabalho experimental utilizou-se de um túnel de vento de seção de testes e circuito fechados da USP-EESC, o modelo MDA 30P30N pré-existente na universidade e equipamentos de medições acústicas (microfones, sistemas de aquisição de dados e etc.), e de pressão (escâneres, manômetros, etc.). O pós-processamento dos dados aeroacústicos adquiridos nos ensaios realizados é uma etapa que objetiva a caracterização do ruído a partir de espectros de frequência e mapas acústicos, para localização e determinação da intensidade das fontes sonoras. Este processo é efetivado com códigos de beamforming implementados pelo grupo de pesquisa contendo o método de deconvolução DAMAS. A técnica de beamforming é um método para localização e estimativa da amplitude de fontes de ruído utilizando medidas realizadas a partir de uma antena de microfones, baseando-se em um modelo matemático que descreve a propagação de ondas acústicas em um meio com propriedades físicas bem definidas. Estes modelos são simplificados em relação à complexidade dos fenômenos de geração e propagação do som. O cálculo basicamente resolve a contribuição relativa das fontes provindas de diferentes direções no campo sonoro de interesse. O método DAMAS almeja compensar a influência das características da antena de microfones empregada para aquisição dos dados do resultado proveniente do cálculo efetuado com a técnica de beamforming convencional, resolvendo um problema de deconvolução. Os espectros de ruído obtidos neste trabalho apresentam o ruído de eslate bem definido em três componentes principais, que são os múltiplos picos tonais de baixa frequência, banda larga e pico tonal de alta frequência. Para a configuração de referência, sem a presença de selos na cova do eslate, verifica-se que ângulos de ataque extremos, muito baixos ou muito altos, apresentam o espectro de frequências quase que inteiramente como de banda larga e de intensidade muito próxima ao ruído de fundo do túnel. Também há um ângulo de ataque em que a emissão sonora é máxima. Quando há a presença de um selo na cova do eslate, existe um grande impacto em seu espectro acústico. Dependo da posição em que o selo se encontra, este pode atenuar ou intensificar os múltiplos picos tonais de baixa frequência, trocar o pico dominante, suprimir a componente de múltiplos picos, modificar o comportamento da componente da banda larga e ainda amplificar ou reduzir o ruído global do eslate. === The present work refers to an experimental aeroacoustic study aiming to characterize slat noise over the presence of excrescences installed at the interior of its cove, and at very high and very low angles of attack (between -4 e 18 [º]). A slat is a high-lift device located at the leading edge of an airfoil which target to maintain the aircraft in flight at a lower speed by providing a greater stall angle and consequently greater lift coefficient, allowing safer landing and take-off procedures. Therefore, a smaller airport runaway for both operations may be used. This study includes a model of a MDA 30P30N airfoil, with a seal excrescence of two-dimensional cross-section shape, circular or square, positioned at different locations at slat cove throughout the extent of its span. Different models angles of attack and some free-stream velocities were tested. The experimental work employed a closed-section wind tunnel situated at USP-EESC, a preexisting MDA 30P30N model, and acoustic measurement equipments (microphones, data acquisition systems, etc.), and pressure measurement equipments (scanners, pressure gauges, etc.). The data post-processing of aeroacoustics experiments intend to characterize the slat noise due to frequency spectrums and acoustic maps to locate and evaluate the intensity of the noise sources. This process is made with beamforming in-house codes, implemented by the research group, containing a deconvolution method named DAMAS. Beamforming technique is a method to localize and assess noise sources amplitude using measurements from an antenna of microphones, based on a mathematical model that describes the propagation of acoustic waves in a medium with well defined physical properties. Such models are simplified compared to the complexity of the phenomena of generation and propagation of sound. The calculation basically resolves the relative contribution of sources emanating from different directions at the sound field of interest. DAMAS method aim to extract the characteristics of the microphones antenna employed to acquire data, from the result of the calculation performed with conventional beamforming algorithm, solving a deconvolution problem. The noise spectrum obtained at this work shows that the slat noise can be well defined in three main components, which are the multiple tonal peaks of low frequency, broadband and high-frequency tonal peak. For the baseline configuration, without seals at slat cove, it is possible to notice that for extreme angles of attack, very low or very high, the noise spectrum is almost entire of broadband type. Its noise intensity is very near to the background wind tunnel noise. There is an angle of attack which has a maximum sound emission. A seal at MDA 30P30N slat cove has a huge impact on slat noise spectrum. Depending on the seal position, it can mitigate or enhance the multiple low-frequency tonal peaks, change the dominant peak, suppress multiple tonal peaks, modify the behavior of the broadband component and reduce or amplify the overall slat noise.