Previsão de ruído gerado por múltiplos rotores utilizando um método semi-analítico

Abstract

Aeronaves com múltiplas hélices são utilizadas em diversos meios e tipos de operação, tendo como problema comum o ruído intensificado pela interação entre rotores. Para realizar o projeto dessas aeronaves são necessários métodos de previsão de ruído com baixo custo computacional, onde os métodos analíticos se destacam. Os sinais de pressão gerados pelos múltiplos rotores tem padrões temporais complexos, por isso métodos no domínio do tempo se mostram mais adequados do que métodos no domínio da frequência, que perdem essa informação. Para os dados de entrada aerodinâmicos, podem ser utilizados modelos de alta fidelidade como simulações fluidodinâmicas (CFD) ou de baixa fidelidade como Blade Element Momentum Theory (BEMT). Visando as fases de projeto conceitual, com alta rotatividade de configurações, foi desenvolvida uma metodologia de previsão de ruído com baixo custo computacional. Foi utilizado o BEMT para obter dados de tração e torque com a formulação de Farassat 1A através do PSU-WOPWOP para propagação de ruído. A metodologia foi validada para casos de um rotor e suas limitações foram analisadas para casos de múltiplos rotores, obtendo erros na faixa de 5% para resultados de tração e torque e uma previsão de ruído na 1° BPF que representa os padrões de diretividade mas contém erros de até 6dB, normalmente fora do plano de rotação da hélice. O modelo tem resultados divergentes com as referências a partir da 2° BPF, especialmente nos casos de múltiplos rotores.

Multiple propeller aircraft are present in many applications and types of operations, having noise aggravated by the interaction of the rotors as a common problem. Low computational cost noise prediction methods are necessary for the design phase of these aircraft, among which analytical methods are most commonly used. Time domain methods are more adequate to multiple rotor cases because pressure signals have complex temporal behavior generated by propeller interaction, information lost in the frequency domain methods. For the aerodynamic data, high fidelity models such as computational fluid dynamics (CFD), or low fidelity like Blade Element Momentum Theory (BEMT) may be used. With the conceptual design phase in mind, where there is a high rotation of configurations, a methodology was developed in which noise prediction is made using BEMT for propeller thrust and torque data and the Farassat 1A formulation through PSU-WOPWOP is used for noise propagation. This was validated for one rotor cases and the limitations for the multi-rotor were analyzed, obtaining errors around 5% for thrust and torque, coupled with a noise prediction in the 1° BPF that well represents directivity but has errors of up to 6dB comparing with reference results, normally occuring out of the propeller rotation plane. The model has crescent divergent results after the 2° BPF, specially on the multi-rotor cases.