Los efectos del suelo sobre el ruido de las hélices han sido medidos experimentalmente por primera vez por investigadores del equipo de investigación de Aeroacústica de la Universidad de Bristol.
En hallazgos, publicados en el Diario de sonido y vibración, el equipo encontró claras diferencias en las características de ruido de las hélices cuando están sobre el suelo, conocidas como ‘efecto suelo’, en comparación con cuando funcionan normalmente. Observaron un aumento general del ruido al medir en ángulos sobre el suelo, siendo los efectos de interacción hidrodinámica y acústica un factor clave para las tendencias generales del ruido.
Se espera que esta investigación, probada en las instalaciones del Túnel de Viento Aeroacústico Nacional, pueda informar estrategias para reducir el ruido de las aeronaves durante el despegue o el aterrizaje, ya sea cambiando el diseño de las plataformas de aterrizaje o cambiando el diseño de las arquitecturas de aeronaves propuestas.
El autor principal, Liam Hanson, explicó: «A la luz de la necesidad de una aviación más ecológica, ha habido un impulso en la industria de la aviación para desarrollar aviones electrificados.
«Hay muchos beneficios potenciales de los aviones eléctricos que han sido identificados por una variedad de compañías en todo el mundo, incluidos todos los principales fabricantes de aviones».
Sin embargo, para que los servicios aéreos urbanos, como los taxis aéreos a pedido, se conviertan en una realidad dentro de los límites de la ciudad, los ingenieros deben abordar el problema de la contaminación acústica generada por las hélices.
Un subconjunto importante de aeronaves eléctricas que se está desarrollando recientemente tiene como objetivo la movilidad aérea avanzada (AAM). Estos aviones se pueden considerar en términos generales para encajar en tres categorías diferentes.
El primero es un avión eléctrico de despegue y aterrizaje vertical (eVTOL), que se centra en aplicaciones de movilidad aérea urbana (UAM), como taxis aéreos, traslados de pacientes, viajes de techo a techo dentro de las ciudades y traslados al aeropuerto.
La segunda categoría es el avión eléctrico convencional de despegue y aterrizaje (eCTOL) que se está desarrollando para la movilidad aérea regional (RAM). RAM se enfoca en entregas de carga, vuelos de corto alcance y transferencias de pasajeros desde regiones rurales.
Los aviones eléctricos más comúnmente reconocibles, los pequeños sistemas de aeronaves no tripuladas (sUAS) o los drones, pueden considerarse la tercera categoría que se centra en la videografía, la entrega de paquetes pequeños y la transferencia de suministros médicos.
Cada una de estas categorías de aviones eléctricos a menudo utiliza hélices o rotores para generar empuje para despegar y aterrizar. De manera crucial, las aeronaves eVTOL están operando en áreas urbanas con grandes poblaciones y, como resultado, el ruido generado por la aeronave es fundamental para comprender y reducir si se quiere que la UAM sea posible.
Las hélices utilizadas por la aeronave son más pequeñas que las de los helicópteros que han estado en uso durante años, por lo general tienen un diámetro mucho más pequeño y giran a velocidades más altas. Como resultado, las características del ruido son muy diferentes a los conocimientos existentes, por lo que se requiere más investigación.
Mientras los aviones eVTOL y sUAS despegan o aterrizan desde un techo o plataforma de aterrizaje, es probable que las hélices experimenten el efecto suelo, un fenómeno aerodinámico que cambia el rendimiento de las hélices.
Este cambio en la aerodinámica de la hélice dentro de Ground Effect cambia el rendimiento acústico de las hélices y provoca interacciones complejas.
Liam dijo: «Hasta ahora, no existía literatura sobre el problema del ruido aislado de la hélice en el efecto suelo.
«Nuestra investigación buscó responder por primera vez qué sucede con el ruido de la hélice mientras opera en Ground Effect y cuáles son las interacciones acústicas y aerodinámicas clave que son más importantes de comprender.
«Por primera vez, hemos medido exhaustivamente el ruido de las hélices a pequeña escala durante el despegue y el aterrizaje mientras interactúan con el suelo. Está claro que podemos esperar aviones eVTOL más ruidosos durante el despegue y el aterrizaje si las interacciones complejas con el suelo no se consideran».
Basándose en su nueva comprensión del ruido de la hélice en Ground Effect, ahora están realizando pruebas adicionales sobre diferentes métodos para reducir potencialmente el ruido de todo el sistema.
La investigación fue patrocinada por Embraer SA y el proyecto Horizonte 2020 SilentProp (acuerdo número 882842).
