Laboratório europeu avança com projeto de novas hélices mais silenciosas para aviões

Projetos de baixo ruído são necessários para que os turboélices sejam o futuro do voo regional. Isso faz com que iniciativas como as do projeto Clean Sky 2 IRON da Europa, coordenadas pelo CIRA, sejam cruciais sem comprometer o desempenho. 

Esse projeto, portanto, tem a meta ambiciosa de redução de ruído próximo de 6 dB em cruzeiro em comparação com um projeto de linha de base. Os resultados preliminares indicam que os objetivos de alto nível do projeto estão no caminho certo e que as hélices inovadoras apresentam redução significativa de ruído.

A Europa expressou recentemente ambições muito altas para reduzir o ruído das aeronaves, com o Conselho Consultivo para Pesquisa e Inovação em Aviação na Europa (ACARE) pressionando por uma redução de 65% até 2050 em comparação com a situação em 2000. Mais do que simplesmente um aborrecimento para as pessoas vivendo nas proximidades, a Organização Mundial da Saúde (OMS) identifica o ruído das aeronaves como uma “ameaça subestimada” que pode causar problemas de saúde a curto e longo prazo. 

O ruído também tem um enorme impacto nas operações das companhias aéreas devido à regulamentação cada vez mais rigorosa e às taxas impostas pelos aeroportos. As companhias aéreas tentam evitar aterrissar durante a noite sempre que possível para evitar taxas baseadas em ruído, como em Londres (Gatwick), onde as taxas de ruído podem ser até 20 vezes maiores durante a noite.

Claramente, projetos inovadores de baixo ruído serão necessários para alcançar as ambiciosas metas de longo prazo da Europa e as tecnologias de hélices devem continuar avançando para atender às necessidades da indústria. Portanto, se os turboélices forem o futuro do voo regional, iniciativas como as do projeto IRON são cruciais para garantir que metas semelhantes sejam alcançadas sem comprometer o desempenho. 

 

O projeto

Aeronaves turboélice normalmente produzem cerca de 95% de seu empuxo a partir de uma hélice, com um escapamento de jato fornecendo o resto. Com esta divisão não será surpresa que a maior parte do ruído gerado por um turboélice seja gerado pela própria hélice. 

À medida que a hélice gira, a velocidade com que as pontas estão se movendo é alta, às vezes transônica, e a interrupção do fluxo de ar cria flutuações de pressão que resultam em uma série de tons de baixa frequência aos quais o ouvido humano é mais sensível, levando à percepção de uma cabine mais barulhenta para os passageiros. 

Como tal, o projeto IRON concentrou-se no teste de hélices novas e inovadoras, estabelecendo a meta ambiciosa de uma redução de ruído de campo próximo de 6 dB em cruzeiro em comparação com um projeto de linha de base. O projeto de hélice foi desenvolvido pela Dowty Propellers com base na tecnologia madura de hoje e foi focado em fornecer eficiência máxima e consumo mínimo de combustível.

O desempenho maximizado da hélice da Dowty significa que a tarefa dos demais parceiros de tentar obter uma redução de ruído de cabine de 6 dB sem comprometer o nível de desempenho da linha de base foi extremamente desafiadora e exigiria a aplicação de tecnologias inovadoras e de baixa maturidade. 

A Dowty, com o apoio de Leonardo e Avio Aero, gerou os requisitos da hélice para garantir, no mínimo, a entrega de um projeto de hélice prático adequado para o próximo estágio de avaliação de teste, ao mesmo tempo em que gerenciava o compromisso clássico de projeto de hélice entre desempenho e ruído. Isso exigia análises de engenharia simultâneas para cobrir aerodinâmica, acústica e modelagem estrutural. 

 

Testes em túnel de vento

Dos cinco projetos produzidos pelos parceiros da IRON, os dois com as pontuações mais altas foram selecionados para testes comparativos em túnel de vento em relação à linha de base: uma hélice de 9 pás da GE AAT Deutschland e um projeto de 8 pás da CENAERO. Os projetos selecionados foram o resultado de uma abordagem multidisciplinar para o problema com formas altamente tridimensionais. 

A equipe da NLR foi incumbida do desafio de transformar esses projetos em modelos em escala 1:6, usando técnicas de fabricação de última geração. O titânio foi escolhido como material devido à sua alta relação resistência-peso, importante devido às altas cargas colocadas nos modelos durante os testes.

A tarefa altamente complexa de realizar os testes e o grande volume de dados capturados significa que a análise dos dados ainda está em andamento (100 parâmetros de teste em mais de 300 condições de operação envolvendo o uso de 200 microfones e outros sensores). No entanto, resultados preliminares indicam que os objetivos de alto nível do projeto estão no caminho certo e que as hélices inovadoras apresentam redução significativa de ruído. 

 

Aviões de verdade

Os benefícios dos testes vão além da tarefa imediata de verificar a redução de ruído dos novos projetos, com o ONERA e o CIRA planejando usar os dados coletados para validar modelos computacionais de alta fidelidade capazes de capturar o comportamento aeroacústico instável de uma hélice instalada.

É necessário mais trabalho de desenvolvimento para fazer a transição dos projetos e tecnologias inovadoras do projeto IRON para projetos práticos e produzíveis, que atendam a todos os requisitos de um sistema de hélice moderno, mas a tecnologia foi demonstrada e o desafio de disponibilizar os benefícios associados às aeronaves regionais da próxima geração está definido.

 

Fonte: AeroIn 31/10/2022