Análise experimental do ruído gerado por um perfil de asa com slat em túnel de vento utilizando POD, SPOD e correlação cruzada

Abstract

Com o aumento exponencial da frota de aeronaves global, comunidades aeroportuárias se tornaram mais suscetíveis à exposição do ruído emitido em seus entornos, podendo acarretar em sérios problemas de saúde para a população. A diminuição do ruído causado pelos motores dos aviões apresentou avanços significativos nas últimas décadas, enquanto o chamado ruído de airframe ganhou destaque entre as fontes principais de poluição sonora, em destaque o ruído gerado pelos slats na fase de pouso. Nesse contexto, apresenta-se neste trabalho uma análise experimental do ruído gerado por um elemento de asa equipado com um slat no túnel de vento anecoico do Laboratório de Mecânica dos Fluidos e de Acústica da École Centrale de Lyon em diferentes velocidades. Diversas técnicas de aquisição, como a Velocimetria por Imagem de Partículas (PIV), uma antena de microfones e uma câmera acústica, foram empregadas a fim de identificar os principais fenômenos aerodinâmicos responsáveis pela irradiação do ruído. Além disso, diferentes métodos de pós-processamento, como a Decomposição Ortogonal Própria (POD), a POD Espectral (SPOD), métodos de identificação e rastreio de vórtices e correlação cruzada auxiliam na interpretação dos dados obtidos. Os resultados sugerem a existência de escoamento recirculante de larga escala no interior da cavidade do slat e um fenômeno de geração de vórtices de pequena escala próximo à cúspide, cuja interação com a superfície do elemento de asa está diretamente ligada à geração de ruído.

With the exponential growth of the global aircraft fleet, airport communities have become increasingly exposed to noise emitted in their surroundings, which may lead to serious health problems for the population. Significant advances have been achieved in reducing noise generated by aircraft engines over the last decades, while airframe noise has become one of the main sources of noise pollution, particularly the noise generated by slats during the landing phase. In this context, this work presents an experimental analysis of the noise generated by a wing element equipped with a slat in the anechoic wind tunnel of the Fluid Mechanics and Acoustics Laboratory at École Centrale de Lyon under different flow velocities. Several measurement techniques, such as Particle Image Velocimetry (PIV), a directional microphone array, and an acoustic camera, were employed to identify the main aerodynamic phenomena responsible for noise radiation. In addition, different post-processing methods, including Proper Orthogonal Decomposition (POD), Spectral Proper Orthogonal Decomposition (SPOD), vortex identification and tracking methods, and cross-correlation analysis, were used to assist in the interpretation of the acquired data. The results suggest the existence of a large-scale recirculating flow inside the slat cavity and a small-scale vortex-generation phenomenon near the cusp, whose interaction with the wing-element surface is directly related to noise generation.