Previsão de ruído de jato instalado utilizando métodos semianalíticos baseados na teoria de Amiet

Abstract

O ruído aeronáutico constitui um desafio importante na engenharia aeroespacial, afetando tanto o conforto dos passageiros quanto a qualidade de vida das comunidades localizadas nas proximidades de aeroportos. A adoção de motores turbofan modernos, que apresentam grandes diâmetros de entrada, reduz a distância entre o motor e a asa e, consequentemente, intensifica a interação acústica entre o jato e o bordo de fuga. Essa configuração torna ainda mais relevante a previsão do ruído associado a esse mecanismo. Nesse contexto, métodos semianalíticos para a previsão do espectro de ruído originado da interação entre jato e asa tornam-se valiosos nas fases iniciais de projeto, pois permitem estimativas rápidas de baixo custo computacional. Neste trabalho, aplicam-se duas abordagens distintas, teoria de Amiet e o modelo de Vera et al., para prever o ruído gerado pela interação entre jato e placa. Dois cenários são analisados: um sem deflexão de flape e outro com deflexão. Em ambas as teorias, o espectro de pressão à montante da placa é a principal entrada do modelo. Para obtê-lo, utilizam-se dados de pressão provenientes de simulações CFD baseadas no método de Lattice Boltzmann. Além disso, também é feita a previsão a partir dos dados de pressão associados aos modos SPOD da placa plana. No caso sem deflexão, são avaliadas distâncias entre placa e jato de R/D = 0,6; 0,8 e 1,0 para número de Mach M = 0,4. Para o caso com deflexão, as simulações foram realizadas para M = 0,5 e M = 0,7, com ângulos de flape α = 7°, 15° e 30°. Os resultados obtidos são comparados entre si e com as previsões acústicas provenientes das simulações CFD por meio de superfícies de Ffowcs Williams–Hawkings. De modo geral, as previsões para o caso da placa plana apresentam boa concordância com os resultados numéricos, indicando que os modelos capturam de forma satisfatória os mecanismos acústicos dominantes. Já para o caso com deflexão de flape, observa-se maior desvio, evidenciando a complexidade adicional contida no fenômeno físico simulado.

Aeronautical noise is a significant challenge in aerospace engineering, affecting both passenger comfort and the quality of life of communities located near airports. The adoption of modern turbofan engines, which feature large inlet diameters, reduces the distance between the engine and the wing and, consequently, intensifies the acoustic interaction between the jet and the trailing edge. This configuration makes accurate prediction of the noise associated with this mechanism even more relevant. In this context, semi-analytical methods for predicting the noise spectrum generated by jet–wing interaction become valuable during early design stages, as they enable fast estimates at low computational cost. In this work, two distinct approaches are applied, Amiet's theory and the model of Vera et al., to predict the noise generated by the interaction between a jet and a flat plate. Two scenarios are analyzed: one without flap deflection and another with flap deflection. In both theories, the upstream pressure spectrum of the plate is the main input to the model. To obtain it, pressure data from CFD simulations based on the Lattice Boltzmann method are used. Additionally, noise prediction is also performed using the pressure data associated with the SPOD modes of the flat plate. In the case without deflection, plate–jet distances of R/D = 0,6, 0,8, and 1,0 are evaluated for Mach number M = 0,4. For the case with deflection, simulations were carried out for M = 0,5 and M = 0,7, with flap angles of \alpha = 7°, 15°, and 30°. The results obtained are compared with each other and with the acoustic predictions from the CFD simulations using Ffowcs Williams–Hawkings surfaces. Overall, the predictions for the flat-plate case show good agreement with the numerical results, indicating that the models satisfactorily capture the dominant acoustic mechanisms. For the case with flap deflection, however, larger discrepancies are observed, highlighting the additional complexity inherent to the physical phenomenon being simulated.