Investigadores analizan el ruido en los trenes de aterrizaje de aeronaves
AGENCIA FAPESP/DICYT Los fabricantes de aviones comerciales han venido siendo objeto de presiones para que reduzcan el ruido que generan sus aeronaves, de manera tal disminuir las molestias y los impactos sobre la salud de las personas que viven cerca de los aeropuertos.
Con el objetivo de acogerse a las rigurosas normas internacionales elaboradas para regular este tema, empresas tales como Boeing, Airbus, Embraer y Bombardier han concretado pesadas inversiones en investigación y desarrollo, a los efectos de detectar y minimizar las fuentes de ruido de los aviones que proyectan para tornarlos más silenciosos.
Un grupo de investigadores del Laboratorio de Ciencias Aeronáuticas de la Facultad de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Campinas (FEM-Unicamp), en Brasil, acaba de brindar una contribución tendiente a que la industria aeronáutica pueda lograr este objetivo.
En colaboración con ingenieros de Boeing de Estados Unidos y de Brasil, los investigadores simularon computacionalmente el flujo turbulento (que se produce cuando las partículas de un fluido –el aire, por ejemplo– no se mueven siguiendo trayectorias claramente definidas) alrededor de un tren de aterrizaje. De esta forma, lograron identificar las fuentes de ruido que contribuyen para que los trenes de aterrizaje constituyan actualmente uno de los principales componentes de la emisión sonora de las aeronaves comerciales durante su aterrizaje.
Los resultados de dicho estudio, realizado en el marco de un proyecto apoyado por la FAPESP bajo la modalidad de Jóvenes Investigadores en Centros Emergentes, y del Centro de Ciencias Matemáticas Aplicadas a la Industria (CeMEAI) –uno de los Centros de Investigación, Innovación y Difusión (CEPIDs) que financia la Fundación–, se dieron a conocer en una conferencia de aeroacústica que tuvo lugar el pasado 5 de junio en Denver, Estados Unidos, durante el Aviation Forum, organizado por el Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica (AIAA, por sus siglas en inglés).
“Logramos simular con alta fidelidad los aspectos físicos implicados en la turbulencia alrededor de un tren de aterrizaje. De esta forma, detectamos algunas fuentes de ruido en esa estructura”, declaró Willian Wolf, docente de la FEM-Unicamp y coordinador del proyecto, a Agência FAPESP.
Los investigadores utilizaron técnicas de computación paralela –mediante la cual computadoras con centenas de núcleos de procesamiento realizan diversos cálculos al mismo tiempo– para simular el flujo turbulento alrededor de un modelo simplificado de tren de aterrizaje llamado LAGOON.
El LAGOON (LAnding Gear nOise database and CAA validatiON), basado en el tren de aterrizaje de la aeronave A320 de Airbus, representa a los mecanismos de un tren de aterrizaje real y ha sido estudiado por diversos grupos de investigación de distintos países en el marco de un proyecto que lleva ese mismo nombre.
Airbus puso en marcha dicho proyecto en 2006, en colaboración con la agencia aeroespacial de Francia (Onera), el Centro Aeroespacial Alemán (DLR) y la Universidad de Southampton, Inglaterra, con el objetivo de analizar técnicas de simulación de ruido en un tren de aterrizaje simplificado.
Con el fin de validar las técnicas de simulaciones computacionales aeroacústicas, el consorcio desarrolló y dejó disponible un banco de datos aerodinámicos y acústicos –obtenidos en experimentos realizados por científicos de instituciones como la Onera– con el modelo simplificado de tren de aterrizaje en túneles de viento (instalaciones donde es posible simular los efectos del flujo aerodinámico alrededor de objetos).
“Comparamos los datos de nuestras simulaciones computacionales con las mediciones realizadas durante esos experimentos con el LAGOON en túneles de viento y los resultados preliminares fueron bastante coincidentes. Los datos de las simulaciones computacionales lograron reproducir perfectamente los resultados experimentales”, afirmó Wolf.
Para efectuar las simulaciones computacionales, los investigadores de la Unicamp utilizaron software desarrollados por ingenieros de Boeing y crearon otros destinados a la realización de los análisis aeroacústicos y los procesamientos estadísticos.
Mediante el empleo de esos programas de procesamiento estadístico, los investigadores analizaron los datos de las simulaciones numéricas y lograron detectar cuáles eran las estructuras del flujo turbulento responsables de la generación de ruido en el tren de aterrizaje.
Una de las fuentes principales de ruido son las cavidades situadas en el interior de las ruedas del tren de aterrizaje, cuyas funciones consisten en facilitar su mantenimiento y permitir la refrigeración de los frenos, impidiendo así su recalentamiento.
“Detectamos que en determinadas frecuencias de turbulencia, algunas de esas cavidades exhiben un efecto de resonancia y generan un ruido intenso, que puede ser sumamente perturbador para el oído humano”, afirmó Wolf.
El tren de aterrizaje real
De acuerdo con el investigador, aparte de esas cavidades, otras fuentes principales de ruido de baja y mediana frecuencia en los trenes de aterrizaje son las ruedas y los ejes de esta estructura, y la interacción de los flujos turbulentos con dichos componentes.
Uno de los principales retos a la hora simular computacionalmente la turbulencia en un tren de aterrizaje, según el investigador, reside en que esta estructura posee una serie de detalles. Por ende, la idea de usar un modelo simplificado como el LAGOON facilita las simulaciones.
“Este modelo simplificado de tren de aterrizaje representó un prueba para verificar si éramos capaces de simular la turbulencia y detectar las fuentes de ruido en conjunto”, dijo.
En el marco de un nuevo proyecto conjunto con Boeing, los investigadores pretenden estudiar ahora el tren de aterrizaje del modelo de aeronave 777 que fabrica la empresa estadounidense.
El primer autor del estudio, el estudiante Túlio Rodarte Ricciardi, quien lleva adelante su doctorado en la Unicamp bajo la dirección de tesis de Wolf, se encuentra actualmente en un centro de investigación de Boeing, en Estados Unidos, para dar inicio al proyecto.
“La idea del proyecto consiste en intentar detectar las fuentes de ruido de ese tren de aterrizaje realístico, que exhibe una mayor cantidad de detalles más finos, tales como las líneas de frenado, e interacciones más complejas en el flujo turbulento que un modelo simplificado”, comentó Wolf.
Con base en los resultados de las simulaciones, los investigadores pretenden desarrollar técnicas de control del flujo turbulento que permitan disminuir el ruido que produce el tren de aterrizaje para volverlo más silencioso.