Aplicação de métodos analíticos para previsão do ruído gerado por múltiplos rotores

Abstract

O futuro do transporte urbano está se direcionando a veículos de múltiplos rotores elétricos de aterrissagem e decolagem vertical. Nessas aeronaves, o ruído das hélices e a superposição de ruído entre as pás são fatores significativos. Este trabalho propõe a aplicação de métodos de previsão de ruído do domínio da frequência, baseados nos modelos de Gutin e Deming, no modelo de Barry e Magliozzi e no modelo de Hanson, com baixo custo computacional, para prever o ruído gerado por múltiplos rotores a partir da superposição dos campos de pressão. Os modelos recebem como dados de entrada informações aerodinâmicas supridas pelo método BEMT, que faz o uso combinado da teoria do momento com a teoria do elemento de pá. Para os cálculos, 3 rotinas de código em linguagem Python foram utilizadas, uma que utiliza o software XFOIL para obter curvas aerodinâmicas dos aerofólios e as outras duas que utilizam o método BEMT e os modelos de previsão de ruído. Os métodos foram então validados em comparação com dados experimentais e variações de parâmetros dos modelos foram realizadas. Os resultados do método BEMT se mostraram adequados aos dados experimentais e os de ruído apresentaram proximidade com os dados experimentais para rotores isolados, porém com dificuldades em prever o campo acústico de múltiplos rotores com sincronização de fase.

The future of urban transportation is heading towards electric multi-rotor vertical take-off and landing vehicles. In these aircraft, the noise generated by the propellers and the overlapping noise between the blades is a significant factor. This study proposes the application of frequency domain noise prediction methods, of models from Gutin and Deming, model of Barry and Magliozzi and model of Hanson, with low computational cost, to predict the noise generated by multiple rotors from the superposition of pressure fields. The models receive aerodynamic input data supplied by the Blade Element Momentum Theory (BEMT) method, which combines the momentum theory with the blade element theory. For the calculations, three Python code routines were used, one utilizing the XFOIL software to obtain aerodynamic profiles of the airfoils, and the other two utilizing the BEMT method and the noise prediction models. The methods were then validated against experimental data, and variations of model parameters were performed. The results of the BEMT method showed good agreement with the experimental data, and the noise predictions exhibited proximity to the experimental data for isolated rotors, but encountered difficulties in predicting the acoustic field of multiple synchronized rotors.