Modelización del ruido en estructuras de fuselajes

La reducción del ruido en las aeronaves representa un reto importantísimo para la industria aeroespacial y uno de los principales pilares del ambicioso programa de investigación europeo «Cielo Limpio». El análisis aeroacústico computacional (CAA) constituye una herramienta de diseño importante para el desarrollo de los conceptos relativos a la reducción del ruido.

Uno de los aspectos más difíciles es la modelización de la turbulencia de campo cercano. El software que permite resolver la turbulencia es muy útil, pero desde un punto de vista computacional es pesado y lento. Un equipo de científicos financiado por la UE se ha propuesto, en el marco del proyecto «Computational aero-acoustic analysis of low-noise airframe devices with the aid of stochastic method» (CALAS), aprovechar las ventajas de las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas por Reynolds (RANS), que sí son computacionalmente eficientes, y aplicarlas a la CAA.

El análisis se ha centrado en dos conceptos de reducción del ruido relacionados con una sustentación elevada y con la configuración del tren de aterrizaje de las aeronaves para trayectos regionales. El equipo ha desarrollado un método estocástico de modelización de fuentes orientado a la generación de ruido en banda ancha que se basa en cálculos RANS estacionarios a partir de técnicas de dinámica de fluidos computacional. Se ha usado este mismo método para formular la fuente de ruido generado por fluido turbulento, posteriormente incorporada al análisis CAA con el objetivo de predecir su aportación al ruido de campo lejano.

El método estocástico se ha ensayado y demostrado en primer lugar en un análisis CAA de la configuración de referencia de un concepto de ala de elevada sustentación (ala con borde lateral de flap [FSE] o de doble flap FSE). Seguidamente se han comparado los resultados con los de una configuración FSE de ruido reducido con un perfil añadido en el extremo del ala. Con ello se ha demostrado que la configuración de ruido reducido permite una disminución total del ruido de campo lejano de entre tres y siete decibelios (dB).

A continuación el equipo de científicos ha analizado una configuración de tren de aterrizaje de referencia y tres conceptos de reducción del ruido. Únicamente el revestimiento acústico instalado en el panel posterior del alojamiento del tren de aterrizaje ha sido capaz de reducir el ruido en comparación a la configuración de referencia. Esa reducción ha sido de aproximadamente 1,8 dBA. La unidad dBA se refiere a los niveles de sonido ponderados, utilizada a menudo en los límites legales de ruido. Dicha escala de nivel de sonido se ajusta más al riesgo relativo de pérdida de oído provocada por el ruido.

El proyecto CALAS ha demostrado la eficacia del método estocástico de modelización de las fuentes de ruido basado en la ecuaciones RANS —cuya utilización resulta más rentable— aplicado industrialmente a los ruidos en banda ancha en el ámbito de la CAA. Esos métodos darán respaldo a un rápido desarrollo de conceptos de reducción del ruido en la industria aeronáutica europea. En el marco del proyecto actual, los conocimientos adquiridos con relación a las configuraciones silenciosas apuntan a aspectos delicados importantes en el diseño de futuros conceptos.