Rotore aperto più silenzioso: missione possibile
Nonostante permetta un incredibile aumento delle prestazioni del motore, l’assenza di rivestimento e gondola motore limita le possibilità di protezione in termini di pale e rumore. Solo attraverso nuovi studi tecnologici ed estesa validazione, tali ostacoli possono essere superati. Per lavorare su questo presupposto, i ricercatori hanno avviato il progetto NAA-CROR (Numerical aero-acoustic assessment of installed counter rotating open rotor (CROR) power plant). Essi hanno proposto un approccio nuovo ed efficace per predire il rumore irradiato nel campo lontano attraverso un metodo che utilizza aeroacustica computazionale ibrida (CAA) / fluidodinamica computazionale (CFD). La CAA è un approccio consolidato per l’analisi del rumore generato dai flussi turbolenti. L’aspetto critico consisteva nella creazione di un solutore numerico rapido e affidabile per i flussi instabili, vale a dire uno strumento CFD per identificare le sorgenti di rumore primarie. Mentre la CFD prevede il campo del flusso sorgente, la CAA permette di analizzare il campo acustico ottenuto. Durante la vita di quattro anni del progetto, i ricercatori hanno completato lo sviluppo di un sistema di simulazione integrato CAA/CFD. che è in grado di cogliere perfettamente gli effetti relativi all’installazione, tra cui l’interazione tra il pilone/la gondola e i due rotori. Il nuovo approccio per l’analisi del flusso instabile è già stato utilizzato in configurazioni di turbomacchine multistadio. Rispetto alle simulazioni basate esclusivamente su flussi instabili, questo approccio garantisce una significativa velocizzazione che conduce a un aumento delle prestazioni dell’unità di elaborazione centrale di due o tre ordini di grandezza. Al fine di convalidare l’approccio numerico e i risultati delle simulazioni per le configurazioni CROR selezionate, i ricercatori hanno studiato gli effetti della transizione allo strato limite. Tutti i calcoli simulano il flusso instabile sulla base di un metodo di armoniche non lineari sviluppate a questo scopo. È stato scoperto che il ritardo nella transizione registra un effetto poco significativo sugli aspetti aerodinamici e aeroacustici del motore. Entrambi i calcoli aeroacustici pre- e post-test sono stati effettuati anche per un modello CROR in scala, testato in galleria del vento transonica. I risultati sono stati confrontati e hanno dimostrato che il nuovo metodo consente previsioni accurate a un costo computazionale molto basso. Il progetto NAA-CROR ha aperto una finestra di opportunità per la diffusione sul mercato dei motori CROR. I risultati del progetto sono in linea con gli obiettivi fissati dal Consiglio consultivo per la ricerca e l’innovazione aeronautica in Europa (ACARE) di ridurre le emissioni di anidride carbonica del 50 % e il rumore percepito di 10 dB, tra il 2000 e il 2020.
Parole chiave
Rotore aperto controrotante, protezione dal rumore, NAA-CROR, aeroacustica, flussi instabili
