Desenvolvimento de uma bancada de determinação da impedância acústica na presença de escoamento tangencial

Abstract

A poluição sonora decorrente de tráfego aéreo é um dos principais problemas de comunidades que vivem nos arredores de aeroportos. Em aeronaves do tipo turbofan, um dos ruídos que mais se destacam nas condições de decolagem e pouso é o ruído tonal decorrente da passagem de pás da ventoinha do motor e conhecido como Blade Passage Frequency (BPF). Tal ruído é particularmente incômodo, e por esse fato, no cálculo do Effective Perceived Noise Level (EPNL) é inserida uma penalidade que pode ser determinante para a aceitação de uso da aeronave em um determinado aeroporto. O revestimento utilizado na parte interna do duto anular que contém o motor, conhecido como liner, atua passivamente ao atenuar o ruído da passagem de pás e contribui ao reduzir a penalidade no cálculo do EPNL. O parâmetro chave que caracteriza o liner é sua impedância acústica, que por sua vez é altamente sensível à presença de escoamento. Portanto, a determinação deste parâmetro em tais condições necessita de uma infra estrutura adequada que permita controlar e medir a velocidade de escoamento. Diversas bancadas de teste foram construídas com este propósito, no entanto, ainda permanecem dúvidas relacionadas a efeitos de não linearidade presentes, variações de temperatura, efeitos de modos de alta ordem da tubulação de teste e se o material pode ser considerado localmente reativo. Desta forma, o objetivo deste trabalho é o projeto, a construção e o comissionamento de uma bancada experimental que permita fornecer dados a diferentes métodos de extração de impedância. A bancada desenvolvida possui seção de testes altamente modular, terminação com baixa reflexão e capacidade de escoamento com velocidades até 0,3 Mach. O projeto previu a excitação de ao menos um modo de alta ordem dentro da tubulação na faixa de frequência de interesse e possibilidade de atuação em regimes não lineares, utilizando ruído tonal como excitação. A construção envolveu diversos detalhes técnicos de fabricação e montagem. Já o comissionamento incluiu medições do perfil de velocidades na seção de teste, ensaios acústicos com e sem a presença de escoamentos e ensaios de vibração. Por fim, foram ensaiadas duas amostras de liners típicos e foi realizado o cálculo das respectivas impedâncias acústicas, valendo-se do método da matriz de duas portas (Two Port Matrix - 2PM), o que permitiu caracterizar tais amostras para o uso em projetos de aeronaves mais silenciosas.<br>

Abstract: Noise pollution generated by aircraft is one of the major concern in communities near airports. Turbofan aircrafts have different noise sources and Blade Passage Frequency (BPF) is a very inconvenient tonal noise generated during take-off and approach. This annoying noise causes apenalty on Effective Perceived Noise Level (EPNL) calculation; consequently this parameter may be decisive to accept an aircraft to operate in an airport. Liners are passive noise control materials used inside nacelles, in order to attenuate noise and to reduce penalties in EPNL calculation. Liner key design parameter is the acoustic impedance under grazing flow condition, and its efficiency depends on the flow velocity. To educe the acoustic impedance a complex infrastructure is needed to control and measure flow velocity profile. There are some rigs already built, although some questions still have no answer regarding nonlinear behaviours, temperature changes, high order modes and when to consider liners as locally reacting materials. The objective of this work is to design, construct and commission an experimental test rig which can generate data to different impedance eduction methods. The developed test rig has a highly modular test section, low reflection termination and 0,3 Mach maximum mean velocity capacity. At least one high order modes can be evaluated inside the frequency range of interest, and nonlinear regimes can be reached using tonal noise excitation as input. Rig commissioning included flow profile measurements, vibration measurements and acoustic measurements to evaluate the sound field inside the duct with and without flow. Two liner samples were tested and its acoustic impedance educed using the Two-port Matrix Method, witch permitted to characterize samples aiming to design silent aircrafts.