Desenvolvimento de um sistema de sopro para uma configuração pilone-hélice pusher com o estudo dos fenômenos aerodinâmicos e aeroacústicos associados

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Rego, Leandro Falcão Loureiro
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: déficit de velocidades na esteira; efeitos de instalação; hélice pusher; installation effects; propeller noise. pylon blowing; pusher propeller; ruído de hélices; sopro em pilones; wake deficit
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18148/tde-08052024-174055/

Este documento contém as atividades envolvidas no desenvolvimento de um sistema de sopro tangencial, a ser integrado a um pilone, montado a uma hélice em configuração pusher. Este modelo foi construído de modo a representar uma nova configuração de aeronaves turboélice, conhecida como open rotor, que tende a ser mais eficiente em termos de consumo de combustível, que os atuais aviões com motores turbofan. Entretanto, existe ainda um entrave à aplicação prática da tecnologia open rotor, relacionado aos níveis de emissão de ruído, especialmente das hélices. Além do ruído próprio da hélice, existe também um mecanismo adicional de geração de ruído, que provém da interação entre a esteira do pilone e a hélice, e está relacionado ao surgimento de uma componente transiente de carregamentos nas pás. Este efeito da interação da esteira do pilone com a hélice foi investigado através de ensaios em túnel de vento, com o objetivo de promover um melhor entendimento dos fenômenos aerodinâmicos e aeroacústicos, que ocorrem neste tipo de configuração. A seguir, uma possível solução foi desenvolvida, de modo a mitigar estes efeitos de instalação na hélice, baseada no controle do escoamento ao redor do pilone. Um sistema de sopro tangencial foi integrado ao pilone, com o objetivo de reduzir a espessura da camada limite na região do bordo de fuga e, consequentemente, diminuir a intensidade da esteira a montante da hélice. O objetivo principal é, então, eliminar ou reduzir a componente de ruído, proveniente dos efeitos de instalação, e trazer os níveis de ruído para valores próximos aos de uma hélice na configuração isolada. Os ensaios aerodinâmicos, especialmente o mapeamento do escoamento, com anemômetro de fio-quente indicaram uma grande redução no déficit de velocidades na esteira do pilone. Houve certa não-uniformidade no escoamento de saída do sopro, com regiões próximas à raiz da hélice com velocidade superior àquela do escoamento livre local, enquanto que próximo às pontas, ainda havia certo déficit de velocidades. Para algumas regiões, especialmente próximo aos 60% do raio da pá, a esteira foi completamente eliminada. Não foi possível, nos testes, controlar a vazão do sopro. Dessa forma, os resultados com a aplicação do sopro foram mais positivos para uma certa região de velocidades, próximas a 16 m/s. Os ensaios aeroacústicos permitiram análises quantitativas e qualitativas no ruído das hélices. Os efeitos de instalação tendem a produzir aumento de ruído, especialmente nos tons da frequência de passagem de pá, e seus harmônicos. Com o sopro atuante, grandes reduções de ruído foram obtidas, especialmente nos harmônicos superiores, apesar do aumento da componente de banda larga em altas frequências. Para algumas frequências, os níveis de ruído da hélice isolada foram obtidos, confirmando a aplicação do sopro em pilone, como mecanismo efetivo de redução de ruído em uma hélice pusher