Modelado Teórico y Numérico de Metamateriales Acústicos para Aplicaciones Aeroacústicas
Autores: Iemma, Umberto
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2016
Acceso abierto
Artículo científico
2016
Modelado Teórico y Numérico de Metamateriales Acústicos para Aplicaciones Aeroacústicas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Concepto
Metamaterial acústico
Aeroacústica
Convección aerodinámica
Diseño de metamateriales
Perfil de impedancia superficial
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 15
Citaciones: Sin citaciones
La llegada, durante la primera década del siglo XXI, del concepto de metamaterial acústico ha revelado un increíble potencial de desarrollo para tecnologías innovadoras. Desafortunadamente, la extensión de los mismos conceptos a la aeroacústica ha resultado ser una tarea no trivial, debido a la diferente estructura de las ecuaciones que rigen, caracterizada por la presencia de la convección aerodinámica de fondo. Algunos de los enfoques introducidos recientemente para sortear el problema están sesgados por una suposición fundamental que hace que la realización efectiva de dispositivos sea extremadamente improbable: el metamaterial debería garantizar una convección aerodinámica de fondo adaptada para modificar adecuadamente el campo acústico y obtener el efecto deseado, lo que implica la porosidad del dispositivo de ocultación. En el presente artículo, proponemos una interpretación del diseño del metamaterial que elimina esta suposición poco probable, centrándonos en la identificación de un metamaterial impermeable aerodinámicamente capaz de reproducir el perfil de impedancia superficial requerido para lograr la reducción de dispersión deseada. La atención se centra en un obstáculo en movimiento impactado por una perturbación acústica inducida por una fuente en movimiento. El problema se escribe en un marco de referencia rígidamente conectado al objeto en movimiento para acoplar la ecuación de onda convectiva en el medio anfitrión con el operador de onda inercialmente anisotrópico dentro de la capa de ocultación. El problema se reformula en una forma integral y se resuelve numéricamente a través de un método de elementos de campo límite. La coincidencia del vector de onda local se utiliza para derivar un diseño convectivo del metamaterial aplicable al problema específico analizado. Los resultados numéricos preliminares obtenidos bajo la suposición simplificadora de un flujo aerodinámico uniforme revelan una considerable mejora de la capacidad de enmascaramiento del diseño convectado. El método numérico desarrollado muestra una notable eficiencia computacional, completando una simulación de todo el campo en unos pocos minutos en estaciones de trabajo de gama media. Los resultados se reinterpretan en términos de impedancia de frontera, asumiendo un comportamiento de reacción local de la frontera exterior de la capa de ocultación. La formulación se está extendiendo actualmente al análisis de flujos externos arbitrariamente complejos para eliminar la limitación del flujo uniforme de fondo en el anfitrión.
Descripción
La llegada, durante la primera década del siglo XXI, del concepto de metamaterial acústico ha revelado un increíble potencial de desarrollo para tecnologías innovadoras. Desafortunadamente, la extensión de los mismos conceptos a la aeroacústica ha resultado ser una tarea no trivial, debido a la diferente estructura de las ecuaciones que rigen, caracterizada por la presencia de la convección aerodinámica de fondo. Algunos de los enfoques introducidos recientemente para sortear el problema están sesgados por una suposición fundamental que hace que la realización efectiva de dispositivos sea extremadamente improbable: el metamaterial debería garantizar una convección aerodinámica de fondo adaptada para modificar adecuadamente el campo acústico y obtener el efecto deseado, lo que implica la porosidad del dispositivo de ocultación. En el presente artículo, proponemos una interpretación del diseño del metamaterial que elimina esta suposición poco probable, centrándonos en la identificación de un metamaterial impermeable aerodinámicamente capaz de reproducir el perfil de impedancia superficial requerido para lograr la reducción de dispersión deseada. La atención se centra en un obstáculo en movimiento impactado por una perturbación acústica inducida por una fuente en movimiento. El problema se escribe en un marco de referencia rígidamente conectado al objeto en movimiento para acoplar la ecuación de onda convectiva en el medio anfitrión con el operador de onda inercialmente anisotrópico dentro de la capa de ocultación. El problema se reformula en una forma integral y se resuelve numéricamente a través de un método de elementos de campo límite. La coincidencia del vector de onda local se utiliza para derivar un diseño convectivo del metamaterial aplicable al problema específico analizado. Los resultados numéricos preliminares obtenidos bajo la suposición simplificadora de un flujo aerodinámico uniforme revelan una considerable mejora de la capacidad de enmascaramiento del diseño convectado. El método numérico desarrollado muestra una notable eficiencia computacional, completando una simulación de todo el campo en unos pocos minutos en estaciones de trabajo de gama media. Los resultados se reinterpretan en términos de impedancia de frontera, asumiendo un comportamiento de reacción local de la frontera exterior de la capa de ocultación. La formulación se está extendiendo actualmente al análisis de flujos externos arbitrariamente complejos para eliminar la limitación del flujo uniforme de fondo en el anfitrión.