Predicciones numéricas de aeroacústica de hélices a bajo número de Reynolds: comparación de métodos a diferentes niveles de fidelidad
Autores: Huang, Guangyuan; Sharma, Ankit; Chen, Xin; Riaz, Atif; Jefferson-Loveday, Richard
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Predicciones numéricas de aeroacústica de hélices a bajo número de Reynolds: comparación de métodos a diferentes niveles de fidelidad
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Sistemas de hélices
Ruido aerodinámico
Diseño de aeronaves
Métodos numéricos
Hélices de bajo número de Reynolds
Métodos de modelado de ruido
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 18
Citaciones: Sin citaciones
Los sistemas de hélices de bajo número de Reynolds se han utilizado ampliamente en aplicaciones aeronáuticas, como vehículos aéreos no tripulados (VANT) y sistemas de propulsión eléctrica. Sin embargo, el sonido aerodinámico de los sistemas de hélices es a menudo significativo y puede llevar a problemas de ruido en las aeronaves. Por lo tanto, las predicciones efectivas del ruido de la hélice son importantes para el diseño de aeronaves, y las diferentes fases en el diseño de aeronaves requieren enfoques de predicción específicos. Este artículo tuvo como objetivo realizar un estudio comparativo sobre métodos numéricos a diferentes niveles de fidelidad para predecir el ruido aerodinámico de hélices de bajo número de Reynolds. Se evaluaron los métodos de Ffowcs-Williams y Hawkings (FWH), Hanson y Gutin como modelos de ruido de alta, media y baja fidelidad, respectivamente. Y se realizó una simulación de grandes remolinos en una malla gruesa para modelar la aerodinámica de la hélice e informar los tres modelos de ruido. Se empleó una configuración de hélice popular, que ha sido utilizada en estudios experimentales y numéricos previos sobre el ruido de hélices. Esta configuración consistía en una hélice de dos palas montada en una góndola cilíndrica. La hélice tenía un diámetro de y una relación de paso a diámetro de , y se operó en una condición de vuelo hacia adelante con un número de Reynolds basado en la cuerda de , un número de Mach en la punta de , y una relación de avance de . Los resultados fueron validados contra mediciones experimentales existentes. El flujo de la hélice se caracterizó por vórtices significativos en la punta, una separación débil sobre los bordes de ataque de los lados de succión de las palas, y estructuras vórticas a pequeña escala desde los bordes de salida de las palas. El ruido en el campo lejano se caracterizó por ruido tonal, así como ruido de banda ancha. Se aclararon los mecanismos de generación y propagación del ruido. Se evaluaron y compararon las capacidades de los tres métodos de modelado de ruido para predecir dicho ruido de hélice.
Descripción
Los sistemas de hélices de bajo número de Reynolds se han utilizado ampliamente en aplicaciones aeronáuticas, como vehículos aéreos no tripulados (VANT) y sistemas de propulsión eléctrica. Sin embargo, el sonido aerodinámico de los sistemas de hélices es a menudo significativo y puede llevar a problemas de ruido en las aeronaves. Por lo tanto, las predicciones efectivas del ruido de la hélice son importantes para el diseño de aeronaves, y las diferentes fases en el diseño de aeronaves requieren enfoques de predicción específicos. Este artículo tuvo como objetivo realizar un estudio comparativo sobre métodos numéricos a diferentes niveles de fidelidad para predecir el ruido aerodinámico de hélices de bajo número de Reynolds. Se evaluaron los métodos de Ffowcs-Williams y Hawkings (FWH), Hanson y Gutin como modelos de ruido de alta, media y baja fidelidad, respectivamente. Y se realizó una simulación de grandes remolinos en una malla gruesa para modelar la aerodinámica de la hélice e informar los tres modelos de ruido. Se empleó una configuración de hélice popular, que ha sido utilizada en estudios experimentales y numéricos previos sobre el ruido de hélices. Esta configuración consistía en una hélice de dos palas montada en una góndola cilíndrica. La hélice tenía un diámetro de y una relación de paso a diámetro de , y se operó en una condición de vuelo hacia adelante con un número de Reynolds basado en la cuerda de , un número de Mach en la punta de , y una relación de avance de . Los resultados fueron validados contra mediciones experimentales existentes. El flujo de la hélice se caracterizó por vórtices significativos en la punta, una separación débil sobre los bordes de ataque de los lados de succión de las palas, y estructuras vórticas a pequeña escala desde los bordes de salida de las palas. El ruido en el campo lejano se caracterizó por ruido tonal, así como ruido de banda ancha. Se aclararon los mecanismos de generación y propagación del ruido. Se evaluaron y compararon las capacidades de los tres métodos de modelado de ruido para predecir dicho ruido de hélice.