Reduced-order acoustic predictions of non-axisymmetric nozzle jets

Abstract

Os motores a jato continuam sendo a maior contribuição de produção de ruído em aeronaves, especialmente nas fases de decolagem e aproximação. O ruído de jato resulta da intensa turbulência que ocorre na região de mixtura, que está definida entre o núcleo do jato e o escoamento atmosférico. Nesta região um escoamento turbulento a altos números de Reynolds e Mach, estruturas turbilhonares em diversas escalas interagem entre si, convertendo parte da energia cinética do escoamento em flutuações no campo de pressão, produzindo o ruído aeroacústico. Devido à crescente demanda por transporte aéreo, é fundamental garantir a introdução de projetos mais silenciosos e sustentáveis na engenharia aeroespacial, em acordo com as boas práticas e as normas de redução de ruído.

No corrente trabalho, o desenvolvimento de uma metodologia viável é apresentada para o estudo e predição de ruído em jatos subsônicos (0.7 ≤ 𝑀𝑎 ≤ 0.8). Por meio da fluidodinâmica computacional (CFD) e Analogia Acústica Generalizada (GAA), implementada em um código interno, FastJetNoise, os resultados apresentados foram comparados com dados experimentais providos pelo Laboratório Doak, de Southamptom. No início da análise, um solucionador comercial baseado em médias de Reynolds (RANS) foi utilizado para simular as características do escoamento,que , posteriormente tiveram suas propriedades discretizadas em uma malha estruturada, calculada usando o código FastJetNoise. Coordenadas radiais e azimutais específicas foram medidas, e sua Densidade Espectral de Potência (PSD) foi comparada com resultados experimentais. Para este estudo, simulamos e validamos um bocal circular liso de referência, com boa concordância entre os dados numéricos e experimentais. Posteriormente, bocais não axissimétricos foram modelados e suas contribuições na redução de ruído foram contabilizadas.

Em suma, os resultados deste trabalho destacam o potencial da GAA em associação com os resultados de simulações RANS como uma ferramenta eficaz para a previsão de ruído em jatos. O baixo custo computacional proporcionado por essa metodologia abre possibilidades para futuras avaliações, como regimes de escoamento, diferentes geometrias e dispositivos de redução passiva de ruído. As previsões de ruído podem contribuir significativamente para o desenvolvimento de sistemas de propulsão a jato mais silenciosos e eficientes, bem como para a implementação de melhores estratégias de redução de ruído na indústria.