Estratégias de Controle de Escoamento via Análise Resolvente com Aplicações em Ruído de Airframe

Resumo

A presente proposta descreve o plano associado ao estágio de pesquisa (BEPE) do aluno Tulio Rodarte Ricciardi. O estágio será realizado no Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da Universidade da Califórnia em Los Angeles (UCLA). Durante esse período, Tulio trabalhará sob a supervisão do Prof. Kunihiko Taira, que possui ampla experiência nas áreas de decomposição modal de escoamentos, computação de alto desempenho e controle de escoamentos, tópicos relacionados à proposta de pesquisa da bolsa.Nos últimos anos, avanços no poder computacional permitiram simulações numéricas em larga escala de escoamentos turbulentos, incluindo a geração e propagação de ruído. Para uma análise completa das simulações dos escoamentos, são necessárias técnicas avançadas de pós-processamento. Técnicas baseadas em decomposição modal, análise linear de estabilidade e análise resolvente podem fornecer mais informações sobre a física do escoamento, sendo úteis para controle e redução de ruído. Por exemplo, entender o processo de transição laminar-turbulento do escoamento e o papel da interação fluido-estrutura é fundamental para o desenvolvimento de estratégias de mitigação de ruído via controle de escoamento passivo e ativo. Além da redução de ruído, o controle de escoamento também pode ser útil para redução de arrasto, aumento da sustentação e aumento das taxas de mistura e transferência de calor.Neste projeto, temos como objetivo combinar simulações de alta fidelidade de escoamentos, cálculos aeroacústicos e análise resolvente para desenvolver estratégias de controle de escoamento. As aplicações consideram configurações relevantes em problemas de aeroacústica de aeronaves. Uma das principais fontes de ruído das aeronaves comerciais é o trem de pouso, onde estruturas coerentes e turbulência podem excitar os modos de ressonância de cavidade que geram intenso ruído tonal. Realizaremos simulações numéricas e predições acústicas de configurações representativas das cavidades dos trens de pouso. A análise resolvente será empregada para fornecer informações em termos de resposta a perturbações em uma faixa de frequências. Portanto, será possível identificar a atuação ótima que requer menor energia para modificar o campo médio de velocidades. Esse conhecimento é crucial para a mitigação de fontes de ruído a um custo mínimo.Os problemas que serão investigados aqui se caracterizam por velocidades subsônicas e números de Reynolds moderados a altos, que apresentam uma dinâmica complexa que consiste na interação fluido-estrutura da turbulência que atinge as bordas da cavidade, além de ressonâncias e retroalimentação acústicas e espalhamento acústico. O objetivo final deste trabalho é desenvolver estratégias para reduzir o ruído por meio de um controle ótimo de escomento.