Investigação numérica das fontes aeroacúticas em um problema de ruído de airframe com interação entre esteiras de vórtices

TCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina. Campus Joinville. Engenharia Aeroespacial.Na engenharia aeroespacial, um problema que tem chamado a atenção dos cientistas nas últimas décadas é o ruído proveniente do escoamento aerodinâmico ao redor da estrutura do avião, em condições de aterrissagem, conhecido como ruído de airframe. Com o avanço da tecnologia envolvendo turbinas, sistemas propulsivos cada vez mais silenciosos estão sendo lançados, tornando o ruído de airframe um problema notável. Predições aeroacústicas de um problema de ruído de airframe, ou interação escoamento-estrutura, são conduzidas de modo a conhecer os efeitos causados pela interação da esteiras e camada limite no escoamento e nos campos acústicos. Simulações de escoamentos laminares não-estacionários são conduzidas para uma configuração bidimensional composta por um cilindro localizado acima de um aerofólio modelo NACA0012 com ângulo de incidência de 5 graus. O número de Reynolds baseado na corda do aerofólio é fixado em Rec = 5000, enquanto que àquele baseado no diâmetro do cilindro é ReD = 200. São apresentados os efeitos da variação da posição do cilindro para Mach = 0,1 , 0,3 e 0,5. A investigação das fontes de ruído para as frequências da esteira de vórtices do aerofólio e do cilindro é apresentada utilizando uma metodologia híbrida que emprega cálculos diretos para as fontes e a equação de Ffowcs Williams-Hawkings (FW-H) como a formulação de analogia acústica para os cálculos acústicos. De modo a se verificar as soluções numéricas, os resultados das predições acústicas obtidos pelo cálculo direto de ruído (DNC) são comparados àqueles calculados pela equação de FW-H e uma boa aproximação é observada. As contribui- ções separadas de cada termo das fontes do tipo quadrupolo são analizadas. Mesmo para as configurações de escoamento com baixo número de Reynolds investigadas, as tensões de Reynolds são as fontes do ruído do tipo quadrupolo dominantes e os efeitos viscosos, bem como as flutuações de entropia, podem ser desprezados. Também é percebido que, enquanto as fontes do tipo quadrupolo podem ser desprezadas nas predições acústicas pela equação de FW-H para os cálculos de escoamentos à Mach = 0,1, estas devem ser consideradas para as predições acústicas em Mach = 0,3 e Mach = 0,5, tanto para altas quanto para baixas frequências. Para escoamentos com números de Mach moderados, à frequência da esteira de vórtices do cilindro, as fontes do tipo dipolo são relacionadas a dois fenomenos acústicos, re exão e difração, que ocorrem ao longo da superfície do aerof ólio e no bordo de fuga, respectivamente. No entanto, as fontes do tipo quadrupolo estão mais relacionadas aos efeitos de pressão acústica incidente. Quando a esteira de vórtices do cilindro é o mecanismo principal da geração de ruído, uma interferência dipolar intensa ocorre para todos os casos analisados