Aerodinâmica e aeroacústica computacional de aerofólios estacionários e em movimento visando aplicações em novos conceitos de mobilidade aérea urbana

Resumo

As tecnologias recentes de mobilidade aérea urbana têm se mostrado cada vez mais inclinadas ao uso de rotores como forma de propulsão. Dessa forma, novas configurações de veículos de decolagem e pouso vertical (VTOL, do inglês vertical take-off and landing) têm sido desenvolvidas como uma alternativa de mobilidade em grandes centros urbanos, e também no contexto de entregas de produtos. Durante essa fase de desenvolvimento, existe a preocupação com o nível de emissão de gases poluentes, de forma que a maioria dos projetos tem optado por motores elétricos (eVTOL, do inglês electric VTOL). Outro aspecto de suma importância no projeto de eVTOLs consiste na redução de ruído aerodinâmico gerado pelos rotores. A certificação de aeronaves depende de normas que restringem os níveis de ruído e, atualmente, há um esforço das autoridades certificadoras para se estabelecer padrões para os eVTOLs. A redução de ruído de uma aeronave é uma tarefa complexa, uma vez que as fontes aeroacústicas são intrinsecamente relacionadas à turbulência dos escoamentos aerodinâmicos. Dessa forma, entender os mecanismos fluidodinâmicos responsáveis pela geração de ruído é fundamental. Neste trabalho, técnicas de simulação numérica de alta fidelidade serão aplicadas para o estudo do escoamento em configurações de asas visando a aplicação em rotores. Os escoamentos de interesse serão simulados resolvendo: 1) as equações de Navier-Stokes compressíveis, e 2) uma ferramenta comercial que emprega o método de lattice-Boltzmann. Técnicas de análise de escoamentos orientadas por dados, capazes de fornecer decomposições modais de escoamentos transicionais e turbulentos, serão aplicadas para se analisar os escoamentos e suas fontes acústicas. Além disso, metodologias de analogia acústica, como a equação de Ffowcs Williams & Hawkings, serão empregadas para o cálculo do ruído gerado pelo rotor. Por fim, uma relação será apresentada entre as estruturas coerentes da turbulência e o campo acústico gerado.