El todo es más que la suma de las partes en lo que respecta a las emisiones sonoras de las aeronaves
En poco más de un siglo, el mundo pasó de la primera aeronave propulsada con éxito a más de cuatrocientas salidas por hora en todo el mundo, en las que se transportan más de diez millones de pasajeros al día y millones de toneladas de carga. Además del gran número de vuelos, las aeronaves se han hecho más grandes y potentes. El ruido de los motores de las aeronaves, sobre todo durante el despegue, cuando vuelan a baja altura a toda potencia, se ha convertido en un problema medioambiental y político importante: las compañías aéreas deben pagar tasas de aterrizaje y despegue en función de la contaminación acústica de la aeronave. Se necesitan con urgencia técnicas y tecnologías innovadoras de supresión del ruido. Para alcanzar los objetivos de reducción del ruido y lograr aeronaves más silenciosas y ecológicas no es suficiente modelizar el motor/la tobera y el fuselaje por separado, pero la investigación sobre las interacciones entre el fuselaje y el motor ha sido limitada. El equipo del proyecto DJINN, financiado con fondos europeos, abordó esta laguna de conocimiento con métodos computacionales y nuevas configuraciones experimentales a pequeña escala.
Acoplamiento aerodinámico y aeroacústico de las interacciones reactor-ala
Las emisiones sonoras de las aeronaves han ido en aumento y, al mismo tiempo, la urbanización hace que cada vez más personas vivan cerca de los aeropuertos. Esto se complica aún más con los nuevos motores de mayor eficiencia diseñados para reducir el consumo de combustible y las emisiones de gases de efecto invernadero; montados más cerca del ala, la interacción entre esta y el escape del motor (chorro) los hace más ruidosos. «Las herramientas avanzadas de simulación de dinámica de fluidos computacional (CFD, por sus siglas en inglés) del proyecto DJINN para la aerodinámica-aeroacústica acoplada se centraron en las interacciones reactor-ala. Hemos llevado a cabo una campaña teórica y experimental combinada para comprender mejor los procesos físicos subyacentes y diseñar geometrías y tecnologías de supresión del ruido mejoradas», explica Werner Haase, de CFD Desarrollo e investigación de «software» y coordinador del proyecto DJINN.
Se vislumbran métodos prometedores para reducir el ruido
Entre los muchos resultados, se probaron dos alerones porosos con moldes de aluminio poroso y se demostró que permitían una reducción prevista del ruido de unos siete decibelios (banda ancha). Dado que los niveles de ruido recomendados son aproximadamente 40-45 decibelios, un cambio de siete decibelios tendría un impacto importante. La amplificación de la turbulencia puede producirse en zonas de interacciones de la capa límite, como la zona del chorro de escape y el ala. «Se emprendió un ambicioso proyecto de investigación de alto riesgo y gran rentabilidad, a saber, el control de la turbulencia de banda ancha y del ruido de interacción entre los alerones y los reactores. Los resultados demostraron que es posible controlar los flujos que amplifican las turbulencias con el número de Reynolds elevado», señala Haase. Por último, se ha alcanzado el objetivo del proyecto de resolver el ruido de alta frecuencia, lo que ha permitido obtener un número de Strouhal (una cantidad adimensional utilizada en la dinámica de fluidos para caracterizar los mecanismos de flujo oscilante) de alrededor de diez. Esto allana el camino hacia el uso de los métodos avanzados de simulación del ruido en la industria a pesar de la mayor carga computacional. Los casos de prueba genéricos de libre acceso para un reactor aislado y un reactor instalado (reactor más ala principal de la aeronave) pueden descargarse en el sitio web del proyecto DJINN.
Menos ruido para los ciudadanos, mayor competitividad de la industria europea
La colaboración de DJINN entre socios investigadores y la industria, incluidas las pymes, ha dado como resultado nuevas tecnologías de reducción del ruido. Serán esenciales tanto para reducir el impacto ambiental del sector aeroespacial como para mejorar la calidad de vida de quienes viven cerca de los aeropuertos. Además, las tecnologías junto con las herramientas mejoradas de simulación numérica que tienen en cuenta las interacciones críticas aumentarán el potencial de innovación de Europa en la aeronáutica, lo que refuerza su posición competitiva.
Palabras clave
DJINN, ruido, aeronaves, CFD, reducción del ruido, turbulencia, aeroacústica, aerodinámica, aeroespacial, interacciones reactor-ala, emisiones sonoras
