Es un cliché describir algo muy ruidoso como "más ruidoso que un motor a reacción". Pero los motores a reacción supersónicos, como esos poderosos combatientes piloteados por el ejército de los EE. UU., son mucho más ruidosos que los motores a reacción normales que los científicos tienen un término especial para su sonido:"ruido de banda ancha asociado a impactos".

Ahora, un equipo de profesores y estudiantes del Departamento de Ingeniería Aeroespacial de la Universidad de Kansas diseñará y probará tecnologías innovadoras para reducir el ruido de los aviones militares supersónicos. El Programa de Investigación y Desarrollo Ambiental Estratégico del Departamento de Defensa de EE. UU. (SERDP), el programa de ciencia y tecnología ambiental del DoD, está apoyando un año, $ 200, 000 esfuerzo en KU, con el potencial de expandir ese apoyo en los años venideros.

"Este proyecto probará ideas para reducir el ruido de los reactores de aviones militares supersónicos, "dijo Z.J. Wang, Profesor Spahr de Ingeniería Aeroespacial en KU, quién encabeza el nuevo esfuerzo. "En este momento, el ruido es tan fuerte que afecta la salud del personal que trabaja cerca de la aeronave y de las personas que viven cerca de la base militar. Este es un problema desafiante, y hemos sugerido algunas ideas novedosas que tienen potencial ".

Los colaboradores de Wang en KU en el trabajo son Saeed Farokhi, Ray Taghavi, Huixuan Wu y Charlie Zheng, todos miembros de la facultad del departamento de ingeniería aeroespacial.

Los investigadores investigarán el potencial de instalar paletas dentro de la boquilla de salida del motor a reacción para crear un "remolino de capa de cizallamiento" que promueva la mezcla del escape del chorro con el aire circundante. reduciendo así el ruido.

El equipo, estudiar dinámica de fluidos computacional y aeroacústica computacional a través de supercomputadoras y realizar investigaciones en física fundamental de flujo, ruido de chorro y mediciones acústicas en el Centro de Investigación de Vuelo Garrison del departamento de KU, tendrá como objetivo una ambiciosa reducción de tres decibelios en el ruido de los aviones, que en efecto reduce la potencia acústica a la mitad.

"El remolino es el movimiento de rotación del flujo, ", Dijo Wang." Cuando el escape de un jet supersónico sale de la boquilla del avión, normalmente es recto, habría poco o ningún remolino. La idea aquí es generar algún movimiento de rotación estratégico en la salida para mejorar la mezcla del chorro con el aire estacionario circundante para reducir el ruido del chorro supersónico. Ha habido muchos estudios en la mitigación del ruido que muestran que este tipo de mezcla puede reducir el ruido ".

En efecto, mezclar el flujo de salida del chorro con el aire ambiente para reducir el ruido no es una idea nueva. Los jets comerciales han utilizado dispositivos en los labios de las boquillas de chorro durante años para lograr un efecto similar de reducción de ruido. Pero según Wang, la tecnología utilizada en los jets subsónicos no es tan efectiva para los cazas supersónicos del ejército estadounidense.

"Los aviones comerciales han utilizado la boquilla de chevron, una forma de diente de sierra, para reducir el ruido, ", dijo." Para aviones subsónicos, se ha demostrado que ese concepto es muy eficaz, por lo que es casi universal en los aviones comerciales en estos días. Pero ese concepto no es tan efectivo para los aviones supersónicos. Aquí estamos tratando de mejorar la mezcla con la producción estratégica de flujo rotacional. No creo que nadie haya probado esta idea todavía en este escenario. Las paletas de generación de remolinos se integrarán dentro de la pared de la boquilla para generar el nivel deseado de flujo rotacional ".

Un desafío de diseño al que se enfrentan los investigadores de KU es cómo generar estratégicamente suficiente remolino en el flujo de salida del avión supersónico para reducir el ruido y minimizar la pérdida de empuje del avión.

"Las paletas de remolino bloquearán inevitablemente el flujo y producirán un cierto arrastre, por lo que habrá una pérdida de rendimiento en términos de empuje, ", Dijo Wang." Nuestra idea en la inyección de remolinos estratégicos es minimizar esta pérdida y, al mismo tiempo, maximizar la reducción del ruido de los aviones ".

El equipo investigará la posibilidad de que las paletas reductoras de ruido se ajusten a una posición neutral después de que un avión supersónico haya despegado. por lo que los motores a reacción operan con una pérdida de potencia muy pequeña una vez que la aeronave está en altitud de crucero.

"Las paletas se pueden ajustar a una posición puramente axial, con una penalización casi nula en términos de empuje, "Dijo Wang." Básicamente obtendrás el empuje completo ".

El concepto se basa en investigaciones previas de miembros del equipo, Dijo Wang.

"Los profesores Saeed Farokhi y Ray Taghavi publicaron varios trabajos sobre la mezcla mejorada de chorros giratorios con aplicación al combustible y al aire para maximizar la eficiencia de combustión del motor por medio del remolino, ", dijo." Se demostró experimentalmente que era eficaz. Entonces, cuando llegó el llamado del Departamento de Defensa para una propuesta y los cinco estábamos interesados, Tuvimos algunas sesiones de lluvia de ideas y notamos que el mecanismo de los chevrones era simplemente una mezcla mejorada, por lo que sabíamos que el remolino de la capa de cizallamiento incrustado podría tener potencial en la reducción del ruido del jet supersónico ".

La subvención también ayudará a capacitar a una nueva generación de ingenieros aeroespaciales a través de experimentos en el centro de investigación de vuelo de KU y modelado por computadora en dos instalaciones:el Centro de Computación de Investigación de KU y el Centro Nacional de Aplicaciones de Supercomputación (donde una subvención separada para Wang aseguró 200, 000 horas de nodo de tiempo de computación en Blue Waters, una de las supercomputadoras más grandes del mundo).

"Estamos empleando a dos estudiantes de doctorado, un estudiante de maestría y un investigador de pregrado, "Dijo Wang." Esos estudiantes estarán haciendo experimentos y cálculos, trabajando estrechamente con la facultad. Este proyecto sobre tecnologías avanzadas y conceptos innovadores proporcionará una experiencia valiosa para nuestros estudiantes que podría dar forma a su futuro ".