Acústica na Indústria Aeronáutica

Você sabia que acústica é aplicada à industria aeronáutica? A acústica está diretamente ligada com o bem-estar e com a saúde dos indivíduos, venha entender porque a engenharia, em especial a aeronáutica, se preocupa com essa questão.

A Acústica na Engenharia

A acústica abrange uma área ampla e em constante desenvolvimento que lida diretamente com áreas da engenharia. Portanto a engenharia acústica é o ramo das engenharias que lida com questões associadas à vibração e, principalmente, ao som. Dessa maneira, o engenheiro acústico deve conseguir identificar os mecanismos de produção, transmissão e recepção do som, assim como, também, deve ter o poder de elaborar estratégias para o seu controle e manipulação.

Dentro disto, a engenharia acústica pode ser aplicada no setor aeronáutico tanto na alteração e mitigação de sons indesejáveis, o que se convêm chamar de controle de ruído, como no controle das vibrações das pás das turbinas. Logo a seguir, introduziremos uma pequena lista com assuntos presentes no setor aeronáutico que necessitam extremamente da acústica em suas extensões.

Ruído aeronáutico

À medida que os aviões se tornam mais modernos, é preciso que eles causem menos poluição sonora. Desde a criação do motor a jato que permitiu que os aviões com este tipo de motor atingissem velocidades de cruzeiro superiores às dos aviões com os conhecidos como motores convencionais, surgiram os problemas com o ruído aeronáutico.

Estes barulhos podem produzir incômodos nas áreas que estão ao redor dos ambientes de pouso e decolagem. Estes problemas podem ter diversas explicações, e muitas delas estão relacionadas ao nível de pressão acústica, à distribuição das frequências de banda larga, e também à duração do ruído. Todos estes fatores dependem muito da aeronave em questão, da quantidade de voos, perfis de decolagens e aterrissagem e uma série de outros fatores que estão relacionados à sua operação.

As fontes significantes que geram ruído em uma aeronave são o fan, os compressores, as turbinas e o jato dos gases de escape. Estas fontes de ruído obedecem a diferentes leis e mecanismos de geração, porém todas elas acompanham, de uma forma variada, o aumento relativo da velocidade do fluxo de ar.

O barulho do jato de exaustão é causado por uma violenta e extremamente turbulenta mistura dos gases de escape com a atmosfera. Este som é influenciado pela ação cisalhante causada pela velocidade relativa entre os gases de escape e a atmosfera. Próximo ao duto de exaustão se formam pequenos redemoinhos que causam um ruído de alta frequência, mas, no curso do fluxo dos gases, os redemoinhos maiores proporcionam ruídos de baixa frequência. Adicionalmente, quando a velocidade dos gases de escape ultrapassa a velocidade do som local, forma-se um padrão regular de onda de choque no interior do duto. Isto produz um tom discreto e uma amplificação seletiva da mistura de ruídos. Para reduzir o nível do ruído, pode-se fazer a razão de mistura acelerar ou calcular a velocidade dos gases em relação a atmosfera e reduzi-la. Isto pode ser alcançado por uma mudança no padrão do jato dos gases de exaustão.

O ruído proveniente dos compressores e turbinas são resultados da interação de campos de pressão e um rastro turbulento da parte do rotor e pode ser definido como dois tipos distintos de ruído:

• Tom discreto: é aquele de frequência simples. Este tipo de ruído é produzido pela passagem regular dos rastos das palhetas pelos estágios seguintes, causando uma série de tons e harmônicos por cada estágio. A intensidade do rasto depende diretamente da distância entre a fileira de palhetas e aletas. Caso a distância seja menor, existirá uma forte interação do campo de pressão a qual resultará em uma geração de tons intensos.
• Ruído de banda larga, broadband : é aquele produzido pela reação da passagem do ar sobre a superfície de cada palheta, mesmo com um fluxo ar não turbulento. A turbulência no fluxo de ar aumenta a intensidade do ruído de banda larga e pode também induzir outros tons. O broadband caracteriza-se como um ruído em que o nível de distribuição de pressão sonora em todo o espectro de frequência não tem picos dominantes, ou seja variam suavemente com a frequência.

Estudos mais recentes para a redução dos ruídos causados por motores a jatos supersônicos e subsônicos estão sendo feitos na Universidade da Califórnia. Estes estudos, basicamente, consistem em reduzir o número de Mach convectivo e da energia cinética turbulenta que causa intenso ruído descendente. Isso pode ser conseguido concentrando parte do fluxo de ventilador mais silencioso sob o fluxo central ruidoso de um motor turbofan. No ventilador, o fluxo é reorientado usando bicos offset ou defletores de fluxo do ventilador. Os experimentos são conduzidos em instalações únicas de pequena escala que permitem testar os fluxos de exaustão do turbofan em condições realistas. Esta pesquisa é patrocinada pela NASA.

Aeroportos livres de barulho

Este tópico é consequência do anterior. Os ambientes aeroportuários são muito ruidosos, devido às aeronaves que estão em operação neste tipo de espaço. Por isso é necessário uso de equipamentos de segurança por parte dos funcionários que trabalham no pátio para evitar lesões no aparelho auditivo.
Para garantir que não haja diligência, existem projetos para diminuir, absorver e isolar esses ruídos, que estão ligados à área de acústica ambiental. Também existe uma série de leis que procuram limitar o barulho nestes locais, tanto para a saúde dos trabalhadores quanto para o conforto dos passageiros. Estas leis estão disponíveis para consulta e podem ser encontradas no site da ANAC, através deste link.

Aeroacústica

A área de acústica e vibração está presente no nosso cotidiano tanto em formas já conhecidas, como através de ruídos quando um avião passa, quanto através de pequenos detalhes que não imaginamos, como através de isolamento acústico aeronáutico presente nos aeroportos e em tecnologias nos motores dos aviões.

De qualquer maneira, é um ramo amplo e complexo. Para entender um pouco mais sobre este ramo tão vasto, acompanhe nosso blog para mais textos como este, e deixe um comentário se quiser um conteúdo mais aprofundado.