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Authors
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Abstract(s)
The recent developments in electric technologies have been a catalyst to the electrification
of air transport which typically requires the usage of propellers, known to produce high
levels of noise. When coupled with tightening noise regulations and the possibility of
operation near urban areas, an interest to study propeller noise arises.
This dissertation presents the formulation and implementation of a numerical propeller
noise analysis tool. The tool is capable of estimating the noise produced by a propeller
under different inflow conditions and is designed to be used in propeller geometry optimisation problems where the inflow conditions, observer position and velocity and the
range of propeller geometric characteristics are specified.
The code uses Latin Hypercube Sampling to select a space-filling set of propellers; Then,
the overall sound pressure level (OASPL) for these samples is calculated using a formulation of the Ffowcs-Williams and Hawkings (FW-H) equation with loading data from a
modified Blade Element Momentum (BEM) theory; A Kriging model is then produced and
made available to the user for direct analysis or further implementation in optimisation
problems. Validation cases are presented for all modules of the tool and a study case with
a propeller operating in a push configuration is analysed.
The different modules of the model were validated against experimental and numerical
data from the literature with promising results. In addition, a case study was performed
where a propeller operates in the wake of a wing. The results show that there is a clear
difference in noise produced under unsteady load conditions. In addition, it is noted that
blade chord, radius, incidence and count can be tuned to minimise noise.
O desenvolvimento recente na tecnologia elétrica tem vindo a ser um catalizador da eletrificação do transporte aéreo que tipicamente requer a utilização de hélices, conhecidas por produzir elevados níveis de ruído. A este facto, juntam-se as crescentes normas anti ruído e a possibilidade de operação em áreas urbanas, o que desperta o interesse no estudo do ruído produzido por hélices. Esta dissertação apresenta a formulação e implementação de uma ferramenta numérica de análise de ruído produzido por hélices. Esta ferramente é capaz de estimar o ruído produzido por uma hélice em diferentes condições de escoamento e é desenvolvida com foco em problemas de otimização em que o escoamento, posição e velocidade relativas do observador e intervalos das diferentes características geométricas da hélice são especificados. O código utiliza amostragem por hipercubo latino para selecionar um grupo de hélices representativo do espaço de projeto; De seguida, o nível de pressão sonora para cada uma destas hélices é calculado através de uma formulação da equação de Ffowcs-Williams e Hawkings (FW-H) com dados de carregamento das pás provenientes da teoria do momento do elemento da pá modificada; Estes dados são utilizados para produzir um modelo de Kriging que é disponibilizado ao utilizador para analizar diretamente ou implementar em problemas de otimização. Os diferentes módulos do modelo foram validados, com sucesso, utilizando dados experimentais e numéricos disponíveis na literatura. Além disso, um caso de estudo onde uma hélice opera na esteira de uma asa foi explorado. Os resultados mostram que há uma clara diferença no ruído produzido em condições de carregamento transiente. Além disso, é observado que a corda, raio, incidência e número de pás podem ser otimizados de forma a reduzir o ruído produzido.
O desenvolvimento recente na tecnologia elétrica tem vindo a ser um catalizador da eletrificação do transporte aéreo que tipicamente requer a utilização de hélices, conhecidas por produzir elevados níveis de ruído. A este facto, juntam-se as crescentes normas anti ruído e a possibilidade de operação em áreas urbanas, o que desperta o interesse no estudo do ruído produzido por hélices. Esta dissertação apresenta a formulação e implementação de uma ferramenta numérica de análise de ruído produzido por hélices. Esta ferramente é capaz de estimar o ruído produzido por uma hélice em diferentes condições de escoamento e é desenvolvida com foco em problemas de otimização em que o escoamento, posição e velocidade relativas do observador e intervalos das diferentes características geométricas da hélice são especificados. O código utiliza amostragem por hipercubo latino para selecionar um grupo de hélices representativo do espaço de projeto; De seguida, o nível de pressão sonora para cada uma destas hélices é calculado através de uma formulação da equação de Ffowcs-Williams e Hawkings (FW-H) com dados de carregamento das pás provenientes da teoria do momento do elemento da pá modificada; Estes dados são utilizados para produzir um modelo de Kriging que é disponibilizado ao utilizador para analizar diretamente ou implementar em problemas de otimização. Os diferentes módulos do modelo foram validados, com sucesso, utilizando dados experimentais e numéricos disponíveis na literatura. Além disso, um caso de estudo onde uma hélice opera na esteira de uma asa foi explorado. Os resultados mostram que há uma clara diferença no ruído produzido em condições de carregamento transiente. Além disso, é observado que a corda, raio, incidência e número de pás podem ser otimizados de forma a reduzir o ruído produzido.
Description
Keywords
Carregamento Transiente Escoamento Perturbado Formulação 1a de Farassat Metamodelos Ruído de Hélices Teoria do Momento do Elemento de Pá