As equipes de pesquisa do NASA Glenn Research Center realizam experimentos em instalações de nível mundial, como o 9- by 15-Foot Low-Speed Wind Tunnel (9 x15 LSWT), o Aero-Acoustic Propulsion Laboratory (AAPL), o Small Hot Jet Acoustic Rig (SHJAR), o Nozzle Acoustic Test Rig (NATR), o DGEN AeroPropulsion Research Turbofan (DART) e o Acoustical Testing Laboratory (ATL).
9×15 Low-Speed Wind Tunnel (9×15 LSWT)
O 9- by 15-Foot Low-Speed Wind Tunnel foi especialmente projetado para oferecer aos pesquisadores um ambiente controlado para estudar a aerodinâmica e a acústica de motores de aeronaves em condições de decolagem e pouso. Isso ajuda a reduzir o ruído nas comunidades próximas aos aeroportos. Grandes modificações foram concluídas em 2019 para melhorar o fluxo e reduzir o ruído de fundo do túnel. Um novo conjunto de microfones com 5 sensores e movimentação transversal ajuda a medir o som produzido por propulsores experimentais em escala. Leia mais sobre as capacidades do 9 x 15 LSWT em nossa página de instalações.
Aero-Acoustic Propulsion Laboratory (AAPL)
O Aero-Acoustic Propulsion Laboratory (AAPL) é uma cúpula geodésica de 65 pés de raio, com duas finalidades: reduzir o ruído nas comunidades e realizar testes aeroacústicos de motores de aeronaves e seus componentes. A área de testes dentro da cúpula pode ser configurada como uma câmara hemi-anecoica ou anecoica. Não há ecos na cúpula durante os testes porque 17.000 cunhas de fibra de vidro, projetadas sob medida e com 60 centímetros de espessura, são instaladas na superfície interna das paredes da cúpula e colocadas no piso e ao redor das bancadas de teste para absorver o som e impedir suas reflexões. Quando o AAPL foi construído, em 1993, foi a primeira cúpula geodésica independente conhecida a incluir materiais para reduzir a transmissão do som através das paredes e absorver o som em seu interior. Atualmente, o AAPL abriga o Nozzle Acoustic Test Rig (NATR), o Small Hot Jet Acoustic Rig (SHJAR) e o DGEN 380 Aeropropulsion Research Turbofan (DART). Leia mais sobre as capacidades do AAPL em nossa página de instalações.
Small Hot Jet Acoustic Rig (SHJAR)
O SHJAR é uma das três bancadas instaladas dentro da cúpula anecoica do Aeroacoustic Propulsion Lab. Ele pode ser usado para testar bocais de fluxo único com até 5 centímetros de diâmetro, Mach 2,0 e 800 K. O SHJAR é uma ferramenta fundamental para estabelecer a relação entre a geometria do bocal, o fluxo do jato e o ruído. Projetos criativos de bocais são produzidos a baixo custo para essa bancada, e seu impacto no fluxo e no ruído é medido com técnicas de medição de vanguarda mundial. Pesquisadores do NASA Glenn têm usado o SHJAR para desenvolver técnicas avançadas de medição de fluxo, como espalhamento Rayleigh, espalhamento Raman, Schlieren digital e velocimetria por imagem de partículas em tempo real. Conjuntos tridimensionais de microfones foram empregados para mapear as fontes de ruído. Essas técnicas podem ajudar a desvendar alguns dos mistérios sobre como a turbulência causada pelo bocal produz ruído. Os dados dessa bancada são usados para validar os códigos computacionais desenvolvidos para calcular o ruído de jatos. Códigos melhores de previsão de ruído ajudarão os engenheiros a projetar bocais mais silenciosos.
Entre os diversos marcos da pesquisa sobre jatos turbulentos alcançados no SHJAR, recentemente foram realizadas medições resolvidas no tempo da temperatura turbulenta usando métodos ópticos baseados em Raman. Foram obtidas medições de alta frequência das flutuações da temperatura termodinâmica, necessárias para completar modelos de turbulência usados tanto na transferência de calor quanto no ruído de jatos. Em 2006, pesquisadores usaram a primeira velocimetria por imagem de partículas resolvida no tempo para medir correlações espaço-temporais das velocidades turbulentas em jatos quentes, uma estatística do fluxo fundamental para a produção de ruído. A velocimetria resolvida no tempo também foi usada para mapear as velocidades de convecção da turbulência, outra métrica do fluxo exigida pela teoria do ruído de jatos, mas que anteriormente não estava disponível para jatos quentes.
O SHJAR não é apenas um bom local para desenvolver técnicas avançadas de diagnóstico; ele também tem sido uma boa plataforma de testes para explorar problemas canônicos do ruído de jatos, como a forma pela qual a instalação do jato em uma aeronave altera o ruído produzido por ele. A interação entre o jato e a superfície, na qual a pluma do jato interage com as asas, os flaps e a cauda de uma aeronave, foi identificada nos testes do SHJAR como um mecanismo de ruído fundamentalmente diferente.
A maioria dessas técnicas de medição inovadoras e dos conhecimentos práticos sobre ruído, desenvolvidos inicialmente no SHJAR, relativamente simples, foi empregada no Nozzle Acoustic Test Rig (NATR), de alta fidelidade, instalado no mesmo Aero-Acoustic Propulsion Lab. Leia mais sobre as capacidades do SHJAR em nossa página de instalações.
Nozzle Acoustic Test Rig (NATR)
O Nozzle Acoustic Test Rig (NATR), um túnel de vento de jato livre, desempenha um papel fundamental na avaliação de conceitos para a redução do ruído de jatos, permitindo selecionar apenas os conceitos mais promissores para testes em motores de escala real. Modelos em escala de bocais de motores de aeronaves militares e comerciais podem ser testados no NATR, que é uma das três bancadas de teste instaladas no NASA Glenn Aero-Acoustic Propulsion Lab. O NATR pode simular condições de voo de decolagem e pouso até Mach 0,35. Um simulador de motor a jato, com até três fluxos de ar em diferentes pressões e temperaturas, simula o fluxo de um motor turbofan para avaliar conceitos avançados de bocais. O arco de microfones instalado acima mede simultaneamente o ruído no campo distante em todos os ângulos, permitindo converter com precisão as medições para aquelas de uma aeronave real voando sobre o local. O NATR permite que os engenheiros avaliem diversos conceitos de redução do ruído de bocais por uma fração do custo e do tempo necessários para um teste em motor de escala real.
Ao longo de seus 30 anos de história, o NATR foi a origem de muitos avanços importantes na pesquisa sobre o ruído de jatos. Construída inicialmente para apoiar testes de ruído de jatos do programa High-Speed Research, voltado para aviões comerciais supersônicos, a instalação recebeu muitos programas de testes conduzidos pela NASA e pela indústria. Os bocais com chevrons vistos nas aeronaves atuais foram “descobertos” pela primeira vez durante uma campanha de testes liderada pela NASA em 1997. Ao longo dos anos, a indústria usou a bancada para desenvolver métodos de previsão de ruído para projetos de curto prazo. A NASA explorou conceitos de baixo ruído para motores que ainda não estão disponíveis, como motores com sistemas de ventiladores duplos. Testes recentes mediram o ruído que provavelmente seria ouvido de aviões comerciais supersônicos, reduzindo o risco de que essas aeronaves singulares não sejam autorizadas a operar nos aeroportos atuais. Os testes também apontam tecnologias para reduzir seu ruído, permitindo que os projetistas tornem as aeronaves mais eficientes e ambientalmente aceitáveis.
A capacidade de testar o bocal em condições de voo é fundamental, pois isso exerce forte impacto sobre o ruído produzido pela velocidade relativa entre o jato e o ar ao redor. Essa é uma característica essencial que permite transformar diretamente as medições de ruído naquilo que seria ouvido de um avião real voando sobre o local. O grande tamanho do espaço anecoico ao redor do NATR também é fundamental para medir o verdadeiro campo acústico distante do bocal do jato. O NATR, no Aero-Acoustic Propulsion Lab, é uma das pouquíssimas instalações do mundo onde essas medições são possíveis e a única em que diagnósticos do fluxo e medições acústicas podem ser realizados na mesma bancada, uma capacidade essencial para compreender a relação entre o fluxo do jato e o ruído. Leia mais sobre as capacidades do NATR em nossa página de instalações.
DGEN AeroPropulsion Research Turbofan (DART)
O DGEN 380 é o principal componente integrado ao DGEN Aero-propulsion Research Turbofan (DART), do NASA Glenn Research Center. Ele funciona como uma plataforma de testes aeroacústicos e de desempenho aerodinâmico experimental, flexível e relevante, fornecendo informações valiosas ao longo do processo de amadurecimento tecnológico da NASA para diversas pesquisas multidisciplinares, incluindo o ruído de turbofans, controles de motores, efeitos de instalação e tecnologias de medição.
Testes recentes foram concluídos em agosto de 2019 para desenvolver uma compreensão melhor das fontes de ruído de propulsão, permitindo aprimorar os métodos de previsão do ruído de turbofans e as técnicas de mitigação de ruído. Foram obtidas medições acústicas simultâneas usando um conjunto circunferencial de sondas em tubo infinito na saída do bocal do núcleo, em conjunto com conjuntos de microfones laterais e de campo distante. O amplo conjunto de dados permitirá a aplicação de métodos avançados de separação de fontes e de conjuntos em fase para esclarecer não apenas a estrutura do ruído do núcleo, mas também as características de propagação de outras fontes de ruído de propulsão. Leia mais sobre as capacidades do DART em nossa página de instalações.
Acoustical Testing Laboratory
O Acoustical Testing Laboratory do NASA GRC é usado para apoiar as missões de exploração espacial humana e de pesquisa aeronáutica da NASA. O ATL é uma câmara de testes versátil que pode ser configurada como câmara anecoica ou hemi-anecoica. O material de borracha densa nas paredes e no teto do ATL absorve ou reflete o som vindo do exterior. Cunhas de fibra de vidro com 34 polegadas de profundidade, que revestem as paredes e o piso, são projetadas para absorver 99% do som incidente acima de 100 Hz, ajudando a criar um ambiente ideal para realizar medições acústicas. Uma sala de controle separada está conectada à câmara para abrigar equipamentos ou pessoas que façam o ruído necessário à realização das medições.
O ATL foi usado para quantificar as emissões de ruído de experimentos realizados na Estação Espacial Internacional, medir fontes e níveis de ruído de motores elétricos, calibrar equipamentos de microfones, medir a eficácia de revestimentos acústicos para modelos de motores de aeronaves e avaliar a instalação de motores sobre as asas para reduzir o ruído de decolagem e pouso. Testes recentes no ATL também incluíram um modelo em escala da entrada de ar de um motor de aeronave supersônica e um ventilador de ventilação de cabine de uma nave espacial.
Para obter cópias de relatórios técnicos da NASA relacionados à pesquisa no Acoustical Testing Laboratory, visite o NASA Technical Reports Server (NTRS).
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