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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.18.2014.tde-06122014-232641
Documento
Autor
Nome completo
Carlos do Carmo Pagani Junior
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2014
Orientador
Banca examinadora
Medeiros, Marcello Augusto Faraco de (Presidente)
Arruda, José Roberto de França
Meneghini, Julio Romano
Oliveira, Leopoldo Pisanelli Rodrigues de
Wolf, William Roberto
Título em português
Mapeamento de fontes aeroacústicas de um eslate em túnel de vento de seção fechada utilizando beam-forming com deconvolução DAMAS
Palavras-chave em português
Beam-forming acústico
Aerofólio hiper-sustentador
Deconvolução DAMAS
Medições aeroacústicas
Ruído de eslate
Resumo em português
A redução do ruído externo gerado por aeronaves operando nas proximidades de grandes centros urbanos é apontada como uma questão vital para a manutenção e expansão sustentável das atividades da aviação civil. Nas últimas décadas, reduções significativas no ruído gerado pelos sistemas de propulsão da aeronave tornaram relevantes as contribuições do trem de pouso e dos dispositivos de hiper-sustentação (flapes e eslates) para o ruído global da aeronave. A caracterização do espectro acústico de cada componente hiper-sustentador é necessária para o desenvolvimento de métodos preditivos de ruído e projetos aerodinâmicos que viabilizem a redução de ruído sem penalizações severas para o desempenho e a segurança da aeronave. Experimentos com modelos em escalas mostram que a contribuição de cada elemento hiper-sustentador para o ruído global é determinada pelo tamanho e modelo da aeronave. Tal fato dificulta a generalização dos resultados experimentais e determina a caracterização do espectro acústico de cada componente de um aerofólio em termos de sua geometria e configuração operacional. Este trabalho tem como objetivo principal a caracterização do ruído do eslate a partir de medições experimentais com um aerofólio hiper-sustentador McDonnell Douglas (30P30N), composto por flape, eslate e elemento principal. Os experimentos foram realizados em túnel de vento de seção fechada, e as medições acústicas contaram com o uso de uma antena composta por 62 microfones. Os dados acústicos foram processados com algoritmos de beam-forming convencional e deconvolução DAMAS (Deconvolution Approach for the Mapping of Acoustic Sources). A aplicação de técnicas de beam-forming permite representar uma distribuição espacial de fontes na forma de um mapa acústico e determinar o nível de ruído gerado por fontes que concorrem de forma independente para o ruído global. A base de dados experimentais permite o estudo do ruído do eslate sob diferentes configurações operacionais e geométricas do aerofólio. A análise do espectro acústico do eslate revela a ocorrência de ruído tonal em baixa e alta frequências, e ruído de banda larga em média frequência. Os mapas de beam-forming obtidos associam o ruído de banda larga com uma distribuição bidimensional de fontes ao longo da envergadura do eslate. O ruído do eslate aumenta com a velocidade de escoamento livre, enquanto que os picos tonais de baixa frequência e o ruído de banda larga decrescem com o aumento do ângulo de ataque do aerofólio de 2° para 10°. Os espectros de ruído do eslate colapsam quando reescalados pelo número de Mach do escoamento livre elevado a uma potência entre 4 e 5, e o ruído tonal colapsa em Strouhal dado pela corda do eslate e pela velocidade do escoamento base. Os resultados mostram que o ruído do eslate é fortemente dependente da geometria do aerofólio, particularmente para variações de overlap. Uma boa correspondência quantitativa foi obtida comparando-se espectros experimentais de ruído do eslate com espectros numéricos, obtidos a partir de um modelo com a mesma geometria e em condições de teste idênticas, o que indica a viabilidade do uso de túneis de vento de secção fechada para a realização de experimentos aeroacústicos.
Título em inglês
Aeroacoustic source mapping of a slat in a closed-section wind tunnel using beam-forming with DAMAS deconvolution
Palavras-chave em inglês
Acoustic beam-forming
Aeroacoustic measurements
Deconvolution DAMAS.
High-lift airfoil
Slat noise
Resumo em inglês
The reduction in the noise produced by aircraft operating in the vicinity of large urban centers is an important issue for a sustainable growth in the civil aviation activities. Over the last decades, from a signicant reduction achieved in the noise generated by aircraft propulsion systems, the contribution of both landing gears and high-lift devices (flaps and slats) has become important to the aircraft overall noise. The identication of the noise signature of each high-lift component is required for the development of both noise prediction methods and new aerodynamic design concepts toward achieving a noise reduction without severe penalty over the aircraft performance and safety. Scaled model experiments have shown that the importance of each airframe component to the overall noise is determined by particularities in both aircraft geometry and size. Such noise model dependence hampers the generalization of experimental results from a reference testing model and leads to the necessity of assessing noise generation according to the testing model geometry and operational condition. This study focuses mainly on the characterization of slat noise from experimental measurements on a high-lift Mcdonnell Douglas (30P30N) airfoil, composed of a slat, a ap and a main element. Measurements were performed in a closed-section wind tunnel by a 62-microphone array and the acoustic data were processed with in-house codes based on conventional beam-forming and DAMAS (Deconvolution Approach for theMapping of Acoustic Sources) algorithms. Beam-forming techniques potentially enable the representation of a spatial source distribution as an acoustic map, from which the contribution of independent sources to the overall noise can be estimated. The experimental database enables the study of the slat noise from dierent airfoil operational conditions and geometrical settings. The slat noise spectral signature reveals the occurrence of tonal noise over both low- and high-frequency bands and also broadband noise over a mid-frequency range. Beam-forming maps indicate the slat broad-band noise originates from a source spatially distributed along the slat span. The slat noise increases in function of the ow speed, whereas low-frequency tonal peaks and the broadband noise decrease as the airfoil angle of attack increases from 2 to 10. The slat noise spectra scalle when the Mach number is raised to a power between 4 and 5, and the tonal noise collapses with Strouhal based on the slat chord and the ow speed. Results show the slat noise is strongly in uenced by the airfoil geometry, particularly for variations in the overlap. A good quantitative agreement was achieved through the comparison between the experimental and numerical slat noise spectra for the same model geometry and test conditions, which indicates the viability of performing aeroacoustic experiments in closed-section wind tunnels.
 
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CarlosPagani.pdf (22.81 Mbytes)
Data de Publicação
2015-02-11
 
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