Tecnología vanguardista para alcanzar los objetivos de reducción de ruido aeronáutico
El proyecto financiado con fondos europeos AERIALIST identificó y desarrolló tecnologías innovadoras basadas en metamateriales con las que alcanzar los objetivos de reducción de ruido descritos en el programa Flightpath 2050 del Consejo Consultivo para la Investigación Aeronáutica en Europa (ACARE), la visión europea para la aviación. Los metamateriales se definen como materiales diseñados para lograr una reacción que no se puede lograr con materiales naturales y suelen caracterizarse por poseer una estructura recurrente a macro o microescala. Los miembros del consorcio partieron de la teoría actual de los metamateriales acústicos, estudiaron el efecto de los flujos aerodinámicos realistas y desarrollaron métodos numéricos con los que simular el comportamiento de los metamateriales acústicos en condiciones aeronáuticas. En AERIALIST también se evaluó la viabilidad técnica de distintos dispositivos de reducción de ruido basados en sus propuestas y se esbozó una hoja de ruta para su aplicación práctica.
Una herramienta de diseño nueva
Los socios del proyecto abordaron la reducción del ruido propagado fuera de las góndolas (las carcasas de los turborreactores de doble flujo), mediante el aprovechamiento de las propiedades no convencionales de los metamateriales acústicos para modificar los patrones de dispersión del ruido. «Investigamos técnicas de cancelación de la dispersión, hiperenfoque y captura de ruido para generar un escarpado virtual de las tomas, el tratamiento adecuado de las toberas y la mejora de los efectos protectores», comenta Umberto Iemma, coordinador del proyecto. Este sistema combinó modelos teóricos, desarrollo de métodos numéricos, diseño, fabricación por adición y validación experimental en una cadena de herramientas de diseño integrada. «El desarrollo de esta herramienta de diseño se ha empleado con éxito en los metacomportamientos objetivo identificados como relevantes para la mitigación del ruido aeronáutico», explica Iemma. Asimismo, se desarrolló una teoría para el modelado de metamateriales en el contexto aeroacústico que puede integrarse al completo en las herramientas y los métodos utilizados en la investigación aeroacústica y la comunidad industrial. La aeroacústica estudia la generación de ruido a través del movimiento de fluidos turbulentos o fuerzas aerodinámicas que interactúan con superficies. Se utilizaron a continuación procesos de fabricación por adición de última generación para crear un objeto tridimensional a partir del modelo digital en tres dimensiones y vincular la actividad de modelado con las muestras experimentales. Luego, se llevaron a cabo experimentos en el túnel aerodinámico en los que se evaluaron los conceptos desarrollados y se validaron las metodologías de simulación.
Aplicaciones plurisectoriales
Las tecnologías desarrolladas, entre ellas modelos teóricos y técnicas de análisis nuevos, son capaces de imitar la respuesta acústica de un medio en movimiento y el método de identificación inverso. «También se introdujeron aspectos innovadores en el desarrollo de modelos numéricos. Estos tienen en cuenta la convección no uniforme y los modelos de orden reducido para incluir pérdidas viscotérmicas en el diseño de estructuras periódicas multicelda —explica Iemma—. Además, la aplicación de técnicas de optimización de vanguardia en el diseño de metasuperficies capaces de redirigir la reflexión amplió sustancialmente el rango de frecuencia». La cadena de herramientas de diseño de metamateriales facilitará su futura integración en el proceso de diseño industrial, lo que beneficiará tanto al sector científico como al industrial. Los conceptos identificados y evaluados en AERIALIST hasta el nivel de madurez tecnológica 3 están listos para su mejora y ulterior desarrollo hasta alcanzar relevancia industrial. Parte del trabajo se llevará a cabo en el proyecto financiado con fondos europeos ARTEM. AERIALIST logró de este modo desarrollar un método con el que aprovechar el potencial de los metamateriales acústicos en aplicaciones aeronáuticas y para otras de ingeniería en las que una perturbación acústica producida por fuentes en movimiento se propaga en un medio en movimiento. «Por tanto, los resultados del proyecto también se pueden aplicar fácilmente a los sectores automovilístico, ferroviario y naval», concluye Iemma.
Palabras clave
AERIALIST, diseño, ruido, metamateriales, aeronave, aeroacústica, aviación, modelado, cadena de herramientas
