Investigando el ruido de los perfiles aerodinámicos de difusión controlada cerca del deslizamiento

Este artículo habla sobre la investigación del ruido producido por un tipo especial de perfil aerodinámico llamado perfil aerodinámico de difusión controlada cuando está cerca de entrar en pérdida. La pérdida ocurre cuando el flujo de aire sobre el perfil se vuelve irregular y causa una pérdida repentina de sustentación. El enfoque principal es entender cómo y por qué se genera ruido cuando este perfil está en ángulos de ataque altos donde las condiciones de pérdida son probables.

#Antecedentes

El ruido de los perfiles aerodinámicos es un tema importante, especialmente para aplicaciones como turbinas eólicas y aviones. Cuando el aire fluye sobre un perfil, puede crear cambios de Presión que resultan en sonido. Un tipo específico de ruido, conocido como ruido de separación, sucede cuando el flujo de aire se separa de la superficie del perfil. Es crucial estudiar este fenómeno para mejorar el diseño de aviones y turbinas eólicas, ya que afecta su rendimiento y eficiencia.

#Objetivos

Este trabajo busca responder dos preguntas principales. Primero, ¿qué causa el ruido de separación en un perfil que está cerca de la pérdida? Segundo, ¿se puede describir este ruido usando un modelo simple que lo trate como una fuente dipolar, como sugieren teorías establecidas?

#Configuración Experimental

Los experimentos se llevaron a cabo en un túnel de viento silencioso diseñado para minimizar el ruido de fondo. El perfil aerodinámico de difusión controlada se colocó en ángulos específicos, y se tomaron varias medidas para analizar el flujo de aire a su alrededor. La recolección de datos incluyó varias técnicas, como la Velocimetría de Imagen de Partículas (PIV) para rastrear el flujo de aire, sensores de presión en las paredes para medir variaciones de presión, y micrófonos para captar niveles de sonido.

El perfil se probó a dos velocidades diferentes para observar cómo las distintas condiciones afectaban el ruido producido. El flujo de aire fue alterado deliberadamente para crear condiciones que imiten de cerca las de un perfil justo antes de entrar en pérdida.

#Mecanismos de Generación de Ruido

#Separación del Flujo

Cuando el perfil está en un ángulo de ataque alto, el aire no fluye suavemente sobre su superficie. En cambio, se separa del perfil, creando un flujo caótico detrás de él. Esta separación lleva a fluctuaciones de presión más grandes, que generan más ruido. El estudio encontró que la presencia de grandes vórtices, o movimientos giratorios en el flujo de aire, estaba conectada a estos cambios de presión y aumentaba los Niveles de ruido.

#Papel de las Estructuras Coherentes

La presencia de estructuras coherentes, que son patrones organizados en el flujo de fluido, también fue esencial en la generación de ruido. A medida que estas estructuras interactúan con el borde de salida del perfil, crean ondas sonoras que se propagan lejos del perfil. Estas ondas sonoras se pueden medir como ruido. El estudio destacó que las grandes estructuras coherentes contribuyen significativamente al ruido durante ángulos de ataque altos.

#Resultados y Observaciones

#Niveles de Ruido

Los resultados indicaron un aumento claro en los niveles de ruido cuando el perfil estaba en ángulos de ataque más altos. Las mediciones mostraron que los niveles de ruido producidos por el perfil eran considerablemente más altos durante estas condiciones en comparación con cuando el perfil estaba en ángulos más neutrales.

#Características del flujo

Los patrones de flujo revelaron que cuando el perfil estaba en ángulos pronunciados, el flujo era inestable, llevando a perturbaciones significativas. Las capas de corte, que son capas delgadas de fluido creadas por la diferencia de velocidad entre la superficie del perfil y el flujo libre, jugaron un papel crucial en estas perturbaciones.

#Correlación entre Presión y Ruido

Se observó una fuerte correlación entre las fluctuaciones de presión en las paredes y los niveles de ruido en el campo lejano. Esto sugiere que los cambios de presión que ocurren en la superficie del perfil son directamente responsables del ruido que se genera. El estudio estableció que esta relación se mantiene incluso a altas frecuencias, donde se esperaría que las características detalladas del flujo impacten el sonido producido.

#Discusión

#La Naturaleza del Ruido de Separación

La investigación demostró que el ruido generado durante la separación del flujo es principalmente de naturaleza dipolar. Esto significa que el ruido se puede describir usando un modelo dipolar, lo que simplifica las interacciones complejas en el flujo. Los hallazgos indican que un modelo dipolar es efectivo para predecir las características acústicas del ruido producido durante ángulos de ataque altos y puede ser utilizado para análisis posteriores en estudios similares.

#Limitaciones de las Teorías Existentes

A pesar del éxito del modelo dipolar, la investigación sugiere que algunas teorías clásicas pueden necesitar ajustes. La suposición de que las perturbaciones en el flujo son pequeñas se usa a menudo en modelación matemática. Sin embargo, durante los experimentos, quedó claro que esta suposición no siempre es válida, especialmente a ángulos de ataque altos. Los resultados mostraron que perturbaciones a gran escala cambiaron significativamente la dinámica del ruido producido.

#Implicaciones para Futuras Investigaciones

Entender el comportamiento de las fluctuaciones de presión y su conexión con la generación de ruido es vital para mejorar el diseño de perfiles aerodinámicos. Los conocimientos adquiridos en este estudio pueden ayudar a crear aviones y turbinas eólicas más silenciosos y eficientes. Investigaciones futuras pueden explorar diferentes formas de perfiles y condiciones para refinar aún más nuestro conocimiento de los mecanismos de ruido y mejorar modelos predictivos.

#Conclusión

En resumen, este artículo describe una investigación detallada sobre el ruido generado por un perfil aerodinámico de difusión controlada cerca de condiciones de pérdida. El estudio identificó con éxito los mecanismos de flujo clave responsables del ruido de separación y confirmó que este ruido se puede modelar efectivamente como una fuente dipolar. La investigación resalta la importancia de entender la dinámica de los perfiles aerodinámicos y su relación con el ruido, allanando el camino para avances en el diseño aerodinámico.