Métodos para predecir el ruido del borde de arrastre del rotor utilizando la dinámica de fluidos computacional

Área de la Ciencia:

• Ingeniería Aeroespacial
• Acústico
• Dinámica de fluidos computacional

Sus antecedentes:

• El ruido de las naves rotativas, en particular el ruido de la capa límite turbulenta, es una preocupación importante en las aplicaciones aeroespaciales.
• La predicción precisa de este ruido requiere entradas confiables para modelos empíricos, como los parámetros de la capa límite.
• La dinámica de fluidos computacional (CFD) es una herramienta poderosa para simular fenómenos aerodinámicos, pero su aplicación directa para la predicción de ruido requiere una extracción cuidadosa de parámetros.

Objetivo del estudio:

• Investigar y comparar tres métodos distintos para obtener los parámetros de la capa límite esenciales para predecir el ruido de borde trasero de la capa límite turbulenta del rotor.
• Para evaluar la eficacia de la dinámica de fluidos computacional (CFD) junto con el modelo de ruido de borde final de Amiet para la predicción de ruido.
• Identificar el enfoque más fiable y eficiente para derivar los parámetros de la capa límite a partir de los datos de CFD.

Principales métodos:

• Se desarrollaron tres enfoques para extraer los parámetros de la capa límite: extracción directa de soluciones CFD 3D, derivación de fuerzas seccionales y determinación de distribuciones de coeficientes de presión.
• Estos parámetros se utilizaron como entradas para un modelo empírico de espectro de presión de pared.
• El modelo de ruido de borde de arrastre de Amiet se utilizó junto con las simulaciones de CFD.

Principales resultados:

• El método que deriva los parámetros de la capa límite de las fuerzas normales y de la cuerda seccional resultó ser el más confiable y eficiente.
• Las predicciones que utilizan este método mostraron una buena concordancia con los datos experimentales en varias condiciones de funcionamiento para dos configuraciones de rotor.
• El ruido del borde trasero mostró una baja sensibilidad a los cambios en el ángulo de ataque efectivo, pero una sensibilidad significativa a la selección del perfil de aire, la geometría de la cuchilla y la velocidad de rotación.

Conclusiones:

• La derivación de los parámetros de la capa límite de las fuerzas seccionales es un método sólido para predecir el ruido del borde de arrastre del rotor utilizando CFD.
• El estudio pone de relieve la influencia crítica de los parámetros de diseño del rotor (profil, geometría de las cuchillas, velocidad) en los niveles de ruido.
• El CFD junto con modelos empíricos proporciona un marco viable para comprender y mitigar el ruido del rotor.