Numerical study of jet-flap interaction noise and a procedure for designing thrust gates

Descripción del Articulo

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Detalles Bibliográficos
Autor: Yupa Villanueva, Renatto Marcello
Formato: tesis de maestría
Fecha de Publicación:2021
Institución:Superintendencia Nacional de Educación Superior Universitaria
Repositorio:Registro Nacional de Trabajos conducentes a Grados y Títulos - RENATI
Lenguaje:inglés
OAI Identifier:oai:renati.sunedu.gob.pe:renati/2372
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Materia:Aeroacústica
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En este contexto, el uso de compuertas de empuje en los flaps puede ser una de las alternativas para la reducción del ruido. La presente investigación tiene como objetivo estudiar los efectos del ruido JFI y su mitigación mediante el uso de compuertas de empuje rectangulares y cóncavas dimensionadas utilizando un criterio cuantitativo. Para lograr este objetivo, el método Lattice Boltzmann (LBM) fue adoptado para simulaciones de grandes escalas (VLES) con números de Mach 0.5 y 0.7 en modelos simplificados de ala-flap e inclinaciones de ángulo de flap de 7°, 15° y 30°. Inicialmente, se realizó un estudio de convergencia de malla computacional para un jet libre y dos jets instalados (con y sin puerta de empuje), considerando el número de Mach 0.7, utilizando el índice de convergencia (GCI) para parámetros de velocidad y campo acústico. Posteriormente, se realizó la validación del modelo computacional a través de resultados numéricos con datos de pruebas experimentales. Los resultados numéricos del ruido debido a la interacción jet-flap (JFI) mostraron la presencia de directividad, interferencia destructiva, amplificaciones y bloqueo de ruido, así como presencia de tonos acústicos. En términos generales, los resultados también mostraron que la inclinación del flap intensifica estos efectos. Para mitigarlo, un criterio cuantitativo fue propuesto para dimensionar puertas de empuje rectangulares y cóncavas en función de la carga de presión debido al flujo sobre la superficie del flap considerando números de Mach 0.5 y 0.7 e inclinaciones de flap de 7° y 30°. Aunque se ha demostrado que el criterio es más eficaz para puertas de empuje rectangulares, se lograron reducciones significativas de ruido incluso con compuertas de empuje cóncavas. En una evaluación general, el método numérico LBM-VLES resultó ser adecuado para predecir el ruido de jets libres e instalados con y sin compuerta de empuje, así como para el análisis de su atenuación mediante compuertas de empuje.Jet-Flap Interaction (JFI) noise is caused by the proximity of the turbofan engine to airframe surfaces, occurring mainly at take-off and landing. Due to the increase in the size of turbofan engines for the next generation of aircraft, their proximity to the wing tends to increase, in order to maintain a minimum ground clearance. This, associated with the need to reduce the perceived noise by 65% for 2050, makes necessary studies on the JFI noise and strategies for its mitigation necessary. In this context, geometric modifications of the flap, known as thrust gates could be an alternative. In accordance with the industry needs, the present investigation aims to study JFI noise and its mitigation by fitted rectangular and concave thrust gates based on a quantitative criterion. To accomplish the objective, numerical simulations based on the Lattice Boltzmann Method (LBM), coupled with the Very Large Eddy Simulation (VLES) approach under subsonic conditions and using simplified wing-flap models were performed for Mach numbers 0.5 and 0.7 and flap angle inclinations 7°, 15° and 30°. Initially, a spatial grid independence study for a free jet and two installed jets (with and without thrust gate), considering Mach number 0.7 was conducted. A converged grid supported by a Grid Convergence Index (GCI) analysis for y+, boundary layer at the nozzle exit and OASPL was obtained. Then, considering the converged grid, the numerical model validation was performed, comparing the numerical results with measurements. The numerical results concerning the noise resulting from the JFI presented noise directivity, destructive interference, amplification and shielding, and presence of tones. In general terms, these effects were observed to be stronger with the presence of the flap and its deflection angle. In this sense, it was proposed a criterion for fitting rectangular and concave thrust gates based on mean gauge pressure computed at the bottom side of the flap considering Mach number 0.5 and 0.7 combined with flap angle inclinations 7° and 30°. Despite the criterion had shown to be more effective for rectangular thrust gates, important noise reductions were achieved using the concave ones. In a general assessment, the numerical method LBM-VLES proved to be quite efficient to predict the noise caused by the free and installed jets with and without thrust gates, as well as for the exhaustive analyses concerning JFI noise and its mitigation by fitted thrust gates developed in this work.application/pdfengUniversidade Federal de Santa CatarinaBRinfo:eu-repo/semantics/openAccessSuperintendencia Nacional de Educación Superior Universitaria - SUNEDURegistro Nacional de Trabajos de Investigación - RENATIreponame:Registro Nacional de Trabajos conducentes a Grados y Títulos - RENATIinstname:Superintendencia Nacional de Educación Superior Universitariainstacron:SUNEDUAeroacústicaRuido de aeronavesCompuertashttps://purl.org/pe-repo/ocde/ford#2.00.00https://purl.org/pe-repo/ocde/ford#2.03.01Numerical study of jet-flap interaction noise and a procedure for designing thrust gatesEstudio numérico de ruido de interacción jet-flap y un procedimiento de diseño de compuertas de empujeinfo:eu-repo/semantics/masterThesisUniversidade Federal de Santa Catarina. Centro TecnológicoIngeniería Mecánica con mención en Ingeniería y Ciencias TérmicasMaestro en Ingeniería Mecánica con mención en Ingeniería y Ciencias Térmicashttp://purl.org/pe-repo/renati/level#maestrohttps://orcid.org/0000-0001-8912-1295https://orcid.org/0000-0002-7923-708046793187Roberto Wolf, WilliamSilva, Andrey Ricardo dahttp://purl.org/pe-repo/renati/type#trabajoDeInvestigacionORIGINALYupaVillanuevaRM.pdfYupaVillanuevaRM.pdfDisertación (abierta en repositorio de origen)application/pdf8552470https://renati.sunedu.gob.pe/bitstream/renati/2372/1/YupaVillanuevaRM.pdfe1f830e9fe973a6e074297612c95edf1MD51Autorizacion.pdfAutorizacion.pdfAutorización del registroapplication/pdf301468https://renati.sunedu.gob.pe/bitstream/renati/2372/2/Autorizacion.pdfc377aba56de2b2dbe61722fed2c3c244MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748https://renati.sunedu.gob.pe/bitstream/renati/2372/3/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD53TEXTYupaVillanuevaRM.pdf.txtYupaVillanuevaRM.pdf.txtExtracted texttext/plain219248https://renati.sunedu.gob.pe/bitstream/renati/2372/4/YupaVillanuevaRM.pdf.txtdc7e7bfe702e4284e49eb8c49293d92eMD54Autorizacion.pdf.txtAutorizacion.pdf.txtExtracted texttext/plain5213https://renati.sunedu.gob.pe/bitstream/renati/2372/6/Autorizacion.pdf.txt9d4ce048de379e7f1a765f84bd6fa88fMD56THUMBNAILYupaVillanuevaRM.pdf.jpgYupaVillanuevaRM.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1282https://renati.sunedu.gob.pe/bitstream/renati/2372/5/YupaVillanuevaRM.pdf.jpg142e367738ee489c664a537429167eb6MD55Autorizacion.pdf.jpgAutorizacion.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1648https://renati.sunedu.gob.pe/bitstream/renati/2372/7/Autorizacion.pdf.jpg344513b380ea8cf9823ea269e9aef6aaMD57renati/2372oai:renati.sunedu.gob.pe:renati/23722022-12-14 03:11:27.961Registro Nacional de Trabajos de Investigaciónrenati@sunedu.gob.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