Previsão de ruído e características aerodinâmicas de hélices aeronáuticas de métodos analíticos

Abstract

O ruído gerado pelo movimento de hélices e rotores é significativo em aeronaves com motores turboélice, motores elétricos e aeronaves de decolagem vertical. O projeto de hélices menos ruidosas requer um balanço entre emissão de ruído e desempenho aerodinâmico. Neste trabalho, propõe-se uma análise de métodos analíticos de previsão de ruído tonal. Os modelos utilizados foram os propostos por Gutin e Deming e Barry e Magliozzi, ambos no domínio da frequência. Como a previsão do ruído depende de dados aerodinâmicos de entrada, um método de previsão aerodinâmica também é implementado e avaliado, o BEMT (Blade Element Momentum Theory). Os métodos foram validados através da comparação com dados experimentais e numéricos da literatura, tanto em relação ao ruído quanto aos coeficientes aerodinâmicos. Uma análise da sensibilidade do ruído aos dados aerodinâmicos de entrada e à mudanças nos aspectos geométricos da hélice forma realizadas. Por fim, tanto os métodos de ruído quanto o BEMT mostraram-se ferramentas adequadas para o projeto de hélices, entregando resultados satisfatórios e próximos de dados experimentais.

The noise generated by rotors and propellers is significant on turboprop, electrical and vertical takeoff aircraft. The design of quieter propellers requires a balance between noise emission and aerodynamic performance. This work proposes an study of analytical methods for the predicition of tonal noise. The the used models were proposed by Gutin & Deming and Barry & Magliozzi, both on the frequency domain. As the noise predictions depends on the aerodynamic input data, an aerodynamic prediction method is also implemented and tested, the BEMT (Blade Element Momentum Theory). The methods were validated by comparisons with experimental and numerical data from the literature, regarding both the acoustic field and aerodynamic coefficients. A sensitivity analysis of the noise to the aerodynamic input data and to changes on the geometry of the propeller was also conducted. In the end, both noise prediction methods and BEMT were show to be suitable tools to the project of propellers, giving satisfying results and close to experimental data.