Nuovi progressi nel settore dell’aeroacustica dei velivoli
In passato, la ricerca sulla radiazione acustica causata dalle interazioni fluido-struttura si concentrava principalmente sull’analisi delle strutture rigide. Inoltre, è stato studiato solo l’effetto dei flussi instabili esterni sulla propagazione del suono in campo vicino e lontano. Gli scienziati hanno avviato il progetto AM10 (The aeroacoustics of elastic structures) al fine di determinare l’impatto dell’elasticità sul campo acustico del sistema risultante dalle interazioni fluido-struttura. Nello specifico, hanno sviluppato uno schema teorico per lo studio della radiazione acustica derivante dall’instabilità dei flussi e dall’attuazione meccanica. Le strutture studiate includono profili alari flessibili e configurazioni con cilindro elastico. I lavori sono stati incentrati principalmente sull’analisi delle risposte dinamiche in campo vicino e lontano. Il calcolo del campo vicino si basava sulla teoria dei flussi potenziali incomprimibili ad alti numeri di Reynolds e su un’equazione del moto in grado di descrivere la dinamica strutturale. L’instabilità del flusso in entrata era rappresentata attraverso una distribuzione della vorticità del fluido a monte e l’attuazione meccanica era modellata attraverso eccitazioni del bordo di attacco al fine di riprodurre le condizioni del flappeggio durante il volo. È risultato che il sistema amplifica normalmente le attuazioni che contengono una delle sue frequenze naturali. Questo dimostra chiaramente l’importanza di tenere in considerazione i gradi elastici di libertà della struttura quando si descrivono le interazioni fluido-struttura. Tale meccanismo di risonanza dovrebbe inoltre avere un effetto importante sulla propagazione del suono in campo lontano. La formulazione del problema aeroacustico si basava su un’analogia acustica del corpo compatto, che consentiva di superare le difficoltà legate all’ottenimento di un campo lontano acusticamente debole a partire dalle simulazioni dirette. I risultati dell’iniziativa hanno consentito ai ricercatori di fare chiarezza sui meccanismi di accoppiamento tra suono e movimento di strutture elastiche sottili, fornendo le basi per nuove metodologie elasto-acustiche per il controllo del rumore. Le nuove scoperte potrebbero trovare applicazione in numerosi ambiti, tra cui sviluppo di sistemi di controllo per la riduzione del rumore del bordo di uscita, monitoraggio della risposta acustica dei miniveicoli aerei senza equipaggio con ipersostentatore alare e analisi di fenomeni naturali, come ad esempio il suono del volo degli insetti.