Instalações Experimentais – NASA

Equipes de pesquisa do Glenn Research Center da NASA realizam experimentos em instalações de classe mundial, como o túnel de vento de baixa velocidade de 9 por 15 pés (9 x15 LSWT), o Laboratório de Propulsão Aeroacústica (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).

O túnel de vento de baixa velocidade de 9 por 15 pés foi especialmente projetado para fornecer aos pesquisadores um ambiente controlado para estudar a aerodinâmica e a acústica dos motores de aeronaves nas condições de decolagem e pouso. Isto nos ajuda a reduzir o ruído nas comunidades próximas aos aeroportos. Grandes modificações foram concluídas em 2019 para melhorar o fluxo e diminuir o ruído de fundo do túnel. Um novo microfone transversal de 5 sensores ajuda a medir o som produzido por propulsores experimentais em escala. Leia mais sobre as capacidades do LSWT 9 x 15 em nossa página de instalações.

O Laboratório de Propulsão Aeroacústica (AAPL) é uma cúpula geodésica de duplo propósito com raio de 65 pés usada para reduzir o ruído da comunidade e realizar testes aeroacústicos de motores e componentes de aeronaves. A área de teste dentro da cúpula pode ser configurada como uma câmara hemianecóica ou anecóica. Não há ecos na cúpula durante os testes porque 17.000 cunhas de fibra de vidro de 2 pés de espessura personalizadas são montadas na superfície interna das paredes da cúpula e colocadas no chão e ao redor das bancadas de teste para absorver o som e evitar reflexos sonoros. Quando a AAPL foi construída 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 dentro dela. AAPL atualmente 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 os recursos da AAPL em nossa página de instalações.

SHJAR é uma das três plataformas instaladas dentro da cúpula anecóica do Laboratório de Propulsão Aeroacústica. Ele pode ser usado para testar bicos de jato único de até 5 cm de diâmetro, Mach 2,0 e 800 K. SHJAR é uma ferramenta fundamental para conectar os pontos entre a geometria do bico, o fluxo do jato e o ruído. Projetos criativos de bicos são criados de forma econômica para esta plataforma, e seu impacto no fluxo e no ruído é medido com técnicas de medição líderes mundiais. Pesquisadores da NASA Glenn têm usado o SHJAR para desenvolver técnicas avançadas de medição de fluxo, como espalhamento Rayleigh, espalhamento Raman, Schleiren digital e velocimetria de imagem de partículas em tempo real. Conjuntos de microfones tridimensionais foram implantados para mapear as fontes do ruído. Essas técnicas prometem desvendar alguns dos mistérios de como a turbulência causada pelo bocal cria ruído. Os dados desta plataforma são usados ​​para validar os códigos de computador que estão sendo desenvolvidos para calcular o ruído dos jatos. Melhores códigos de previsão de ruído ajudarão os engenheiros a projetar bicos mais silenciosos.

Entre as muitas primeiras pesquisas em jatos turbulentos produzidas no SHJAR, medições de temperatura turbulenta resolvidas no tempo foram feitas recentemente usando métodos ópticos baseados em Raman, alcançando medições de alta frequência de flutuações de temperatura termodinâmica necessárias para completar modelos de turbulência usados ​​​​na transferência de calor, bem como ruído de jato. Em 2006, os pesquisadores usaram a primeira velocimetria de imagem de partículas resolvida no tempo para medir correlações espaço-temporais de velocidades turbulentas em jatos quentes, uma estatística de fluxo chave para a produção de ruído. A velocimetria resolvida no tempo também foi usada para mapear as velocidades de convecção da turbulência, outra métrica de fluxo exigida pela teoria do ruído do jato, mas anteriormente indisponível em jatos quentes.

O SHJAR não é apenas um bom lugar para desenvolver técnicas avançadas de diagnóstico, mas também tem sido um bom banco de testes para explorar problemas canônicos no ruído do jato, como a forma como a instalação do jato em uma aeronave altera o ruído produzido pelo jato. A interação jato-superfície, onde a pluma do jato interage com as asas, flaps e cauda de uma aeronave, foi identificada como um mecanismo de ruído fundamentalmente diferente nos testes SHJAR.

A maioria dessas técnicas de medição inovadoras e insights práticos de ruído desenvolvidos pela primeira vez no SHJAR relativamente simples foram implantados no Nozzle Acoustic Test Rig (NATR) de alta fidelidade, localizado no Laboratório de Propulsão Aeroacústica. Leia mais sobre as capacidades do SHJAR em nossa página de instalações.

O Nozzle Acoustic Test Rig (NATR), um túnel de vento de jato livre, desempenha um papel fundamental na avaliação de conceitos de redução de ruído de jato, de modo que apenas os conceitos mais promissores sejam selecionados para testes de motor em escala real. Modelos em escala de bicos de motores de aeronaves militares e comerciais podem ser testados no NATR, que é um dos três bancos de testes localizados no Laboratório de Propulsão Aeroacústica Glenn da NASA. 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 diversas pressões e temperaturas simula o fluxo de um motor turbofan para avaliar conceitos avançados de bicos. O arco de microfones acima mede simultaneamente o ruído de campo distante em todos os ângulos, permitindo a tradução precisa das medições para as de uma aeronave real voando acima. O NATR permite que os engenheiros avaliem vários conceitos de redução de ruído dos bicos por uma fração do custo e do tempo necessários para um teste de motor em escala real.

Ao longo dos seus 30 anos de história, o NATR tem sido a origem de muitos avanços importantes no ruído dos jatos. Construída inicialmente para apoiar testes de ruído de jatos para o programa de pesquisa de alta velocidade em aviões supersônicos comerciais, a instalação já hospedou muitos programas de testes liderados pela NASA e pela indústria. Os bicos chevron vistos voando nas aeronaves atuais foram “descobertos” pela primeira vez durante uma campanha de testes liderada pela NASA em 1997. Ao longo dos anos, a indústria tem usado a plataforma 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 ventilador duplo. Testes recentes mediram o ruído que provavelmente será ouvido em aviões supersônicos, reduzindo o risco de que essas aeronaves únicas não possam voar nos aeroportos atuais. Os testes também apontam tecnologias para reduzir o seu ruído, permitindo aos projetistas das aeronaves torná-las mais eficientes e ambientalmente aceitáveis.

A capacidade de testar o bocal em voo é crítica, pois tem um forte impacto no ruído produzido pela velocidade relativa do jato e do ar circundante, e é uma característica fundamental que permite que as medições de ruído sejam transformadas diretamente no que seria ouvido de um avião real sobrevoando. O grande tamanho do espaço anecóico ao redor do NATR também é crítico para medir o verdadeiro campo acústico distante do bocal do jato. O NATR no Laboratório de Propulsão Aeroacústica é uma das poucas instalações no mundo onde essas medições são possíveis, e a única instalação onde o diagnóstico de fluxo e a acústica podem ser feitos na mesma plataforma, uma capacidade fundamental para a compreensão da relação entre fluxo de jato e ruído. Leia mais sobre os recursos do NATR em nossa página de instalações.

Para obter cópias dos relatórios técnicos da NASA relacionados à pesquisa no Laboratório de Testes Acústicos, visite o Servidor de Relatórios Técnicos da NASA (NTRS).

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