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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.18.2020.tde-15012020-165231
Document
Author
Full name
Filipe Ramos do Amaral
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2019
Supervisor
Committee
Medeiros, Marcello Augusto Faraco de (President)
Azevedo, Luis Fernando Alzuguir
Cavalieri, André Valdetaro Gomes
Salazar, Juan Pablo da Costa Lima
Schettini, Edith Beatriz Camaño
Title in English
Slat noise aeroacoustic experiments in closed-section wind-tunnel
Keywords in English
CLEAN-SC
Conventional beamforming
DAMAS
Experimental aeroacoustics
Microphone array design
Slat noise
Abstract in English
Slat noise is an important research topic regarding the design of quieter aircraft. The noise generation mechanisms of a slat device are still not well understood and experiments with simplified scaled models at low-speed closed-section wind-tunnels are among the standard tools for the study of such an issue. This doctoral thesis reports on an extensive experimental database on slat noise of a scaled two-dimensional unswept and untapered MD30P30N high-lift model and addresses several issues regarding slat noise experiments. Conventional beamforming, DAMAS and CLEAN-SC deconvolution techniques were employed for the post-processing of acoustic data, although such methodologies cannot always reconstruct the line source pattern map correctly. An investigation on beamforming methodologies and their ability to represent a line source and its spectral level estimates was conducted for a synthetic line source and a physical one. An original variation of the beamforming cluster approach based on the coherence level amongst microphone pairs was introduced and improved the results. Pressure taps were used in the assessment of spanwise and chordwise pressures on the high-lift airfoil model surfaces. The wind-tunnel wall effects were also addressed and included studies on working section side-wall suction for mitigating the three-dimensionalities resulting from the interaction of the tunnel wall boundary-layer with the model-ends and a foam coating acoustic treatment applied to the tunnel walls towards weakening the mirror sources caused by reverberation. The experimental database includes a wide range of angles of attack (from -6 deg up to the stall, approximately at 18 deg) and Mach numbers (0.07 to 0.1), which corresponds to an approximately 7 × 105 to 106 Reynolds number range, for three distinct slat geometrical configurations - the original MD30P30N, another with a higher slat deflection and one with smaller slat gap and overlap. A two-dimensional excrescence was installed on the slat cove surface and represents a sealing device. Nine seal positions along the slat cove wall and six different seal cross-sections were tested for 3 to 9 deg angles of attack and 0.1 Mach number. Finally, a circular phased array design for nearfield aeroacoustic measurements in small closed-section wind-tunnels was introduced and can be employed for slat noise experiments.
Title in Portuguese
Experimentos aeroacústicos em ruído de eslate realizados em túnel de vento de seção fechada
Keywords in Portuguese
Aeroacústica experimental
Beamforming convencional
CLEAN-SC
DAMAS
Projeto de antena de microfones
Ruído de eslate
Abstract in Portuguese
O ruído de eslate é um importante tópico de pesquisa para o desenvolvimento de aeronaves mais silenciosas. Os mecanismos de geração de ruído de eslate ainda não são bem compreendidos e experimentos com modelos em escala simplificados realizados em túneis de vento de baixa velocidade e seção de testes fechada estão entre as ferramentas-padrão para o estudo de tal problemática. Esta tese aborda uma extensa base de dados experimental em ruído de eslate para um modelo hipersustentador MD30P30N bidimensional, ou seja, sem enflexamento e nem afilamento. Beamforming convencional e algorítimos de deconvolução DAMAS e CLEAN-SC foram empregados no pós-processamento de dados acústicos, apesar de tais métodos não serem desenvolvidos para a avaliação de fontes em linha. Uma investigação sobre a capacidade das metodologias de beamforming representarem uma fonte em linha e recuperarem seu conteúdo espectral foi conduzida para casos que compreendem uma fonte sintética e outra física. Uma variação original do método de ponderação do sinal dos microfones da antena, baseada no nível de correlação entre pares de microfones, foi introduzida e aprimorou os resultados obtidos. Tomadas de pressão distribuídas sobre os três elementos do modelo (eslate, elemento principal e flape), na direção da corda e em duas posições na direção da envergadura, foram utilizadas para medição do coeficiente de pressão. Os efeitos das paredes da seção de testes do túnel de vento também foram examinados, incluindo estudos de sucção nas paredes da seção de testes, de maneira a mitigar as tridimensionalidades que ocorrem devido à interação da camada-limite da parede do túnel com a junção entre as pontas do modelo e as paredes da seção de testes, e um tratamento acústico de espuma aplicado nas paredes da seção de testes objetivando o enfraquecimento das fontes-imagem que ocorrem devido à reverberação. A base de dados experimental reportada nesta tese inclui uma vasta faixa de ângulos de ataque (de -6 graus até o estol do modelo, ou seja, aproximadamente 18 graus), e números de Mach entre 0,07 e 0,1, correspondendo a números de Reynolds entre 7 × 105 e 106, para três diferentes configurações de eslate - a MD30P30N original, uma com maior ângulo de deflexão do eslate, e outra com gap e overlap do eslate menores. Uma excrescência bidimensional foi instalada na superfície da cova do eslate representando um dispositivo de selagem. Um total de nove posições ao longo da cova do eslate e seis diferentes seções transversais de selo foram testadas entre 3 e 9 graus de ângulo de ataque para número de Mach em 0,1. Finalmente, foi introduzido um projeto de antena de microfones para emprego em medições aeroacústicas de campo próximo em túneis de vento pequenos e de seção fechada, que pode ser utlizado para experimentos em ruído de eslate neste tipo de instalação.
 
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Publishing Date
2020-01-30
 
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