Análise de métodos semi-analíticos para aerodinâmica e ruído de hélices em escoamentos não-alinhados

Abstract

Atualmente percebe-se o crescimento de pesquisas em aeronaves elétricas de decolagem e pouso vertical como uma alternativa para a mobilidade urbana. Ao se aumentar o tráfego de aeronaves em áreas densamente povoadas, um problema já existente será agravado, o ruído aeronáutico. Por esse motivo, a análise de ruído em fases de pré-projeto se faz necessária para facilitar a identificação de fontes e prontamente mitigá-las. O emprego de métodos de baixo custo computacional traz vantagens ao projeto, pois podem fornecer informações importantes para as primeiras etapas de desenvolvimento. A partir disso, este trabalho objetivou validar o funcionamento de métodos analíticos de desempenho aerodinâmico e ruído de hélices em voos com ângulo de ataque diferente de zero. Para a análise aerodinâmica, foi implementada uma versão da teoria do momento combinada com a teoria do elemento de pá (BEMT), levando em consideração escoamentos não alinhados com o eixo do rotor. Para análise de ruído tonal utilizou-se o modelo de previsão de Hanson, presente na literatura. A validação se deu por meio da comparação dos resultados do algoritmo com resultados experimentais de artigos da literatura. Foi visto que para pequenos ângulos de ataque no rotor, o BEMT traz valores que concordam com os ensaios, entretanto ao passo que o ângulo de ataque cresce, os resultados perdem sua proximidade com o experimento. Da mesma forma, o método de ruído utilizado foi bem sucedido na análise com o escoamento alinhado, todavia os resultados não apresentaram boa concordância com os dados da literatura para o caso do escoamento com ângulo não nulo.

Nowadays it is noticible the increase in research about electric vertical takeoff and landing aircraft as an alternative for urban mobility. By increasing the traffic of aircraft in densely populated areas, the aeronautical noise issue is aggravated. Thus the analysis of noise is needed in pre-project phases to ease the identification of sources and immediately mitigate them. The use of low computational cost methods brings some advantages to the project, because they can provide important information in the first stages of development. In this sense, this work aimed to validate analytical methods to predict the aerodynamic performance and noise of propellers in flights with non-zero angle of attack. For the aerodynamic analysis, a version of the blade element momentum theory (BEMT), that considers flows not aligned with the rotor axis, was implemented. For the tonal noise analysis, the Hanson's prediction model was used, which is presented in the literature. The validation was performed via the comparison of the algorithm results with experimental data from the literature. For small angles of attack in the rotor, the BEMT brings values in accordance with the experiment, although as the angle of attack increases, the results lose their proximity with experimental results. In a similar way, the used noise prediction method was successful on the aligned flow analysis, however the results did not show a good agreement with literature data for non-axial flows.