Já ouviu falar em aeroacústica? Poucos conhecem e entendem esse estudo, porém ele é de suma importância para a sociedade, em especial para os moradores de ambientes próximos a aeroportos. Por isso, venha entender um pouco mais sobre essa área e para que ela serve.
Aeroacústica
Aeroacústica é uma área da acústica na qual estuda o som (ou ruído) gerado por meio da movimentação turbulenta do fluido ou, ainda, de forças aerodinâmicas interagindo com superfícies. Porém, não existem teorias científicas completas acerca da geração de som por escoamentos aerodinâmicos. Apesar disso, os estudos experimentais mostram a relevância desse assunto.
As ondas acústicas são um subconjunto de ondas criadas pelo escoamento. Ondas de vorticidade e instabilidade térmica também são produzidas no aerofólio. As ondas acústicas se propagam em relação ao fluxo, na velocidade local do som. Quando se compara às flutuações, a energia associada às ondas acústicas é bem menor em ordens de grandeza. Isso significa que uma simulação direta do ruído induzido pelo fluxo muito desafiadora com esquemas numéricos extremamente precisos. Outra dificuldade é que as fontes acústicas ocorrem na escala de comprimento da turbulência no fluxo, sendo um problema muito maior a ser resolvido.
Aeroacústica na Sociedade
Quem convive em ambientes próximos aos aeroportos, ou até mesmo viaja muito de avião, com certeza deve se incomodar com o barulho produzido pelas aeronaves. Entretanto, o que essas pessoas não sabem, é que esse barulho não é gerado apenas pelas turbinas e motores. Ele também provém do escoamento turbulento, daí que surge a aeroacústica.
Um dos malefícios do ruído é que, para valores acima de 150 dB, ele pode causar a fadiga de materiais. Esse valor ocorre em estruturas próximas de motores a jato ou de foguete. Para citar um exemplo, levaremos em conta os satélites. Eles devem ser certificados em relação à fadiga acústica, que pode ocorrer durante o lançamento.
Níveis sonoros muito mais baixos, em relação aos níveis de fadiga de materiais, também geram malefícios. Durante períodos muito longos, eles podem afetar a eficiência e a saúde de pessoas que vivem e trabalham nas proximidades de zonas de ruído intenso: complexos industriais ou áreas de tráfego elevado (auto- estradas ou aeroportos).
Estudos médicos realizados em populações residentes nas áreas próximas dos aeroportos indicam que o ruído da decolagem dos aviões a jato pode causar perturbações na saúde. Entre elas estão incluídas subidas dos níveis de pressão arterial e hormonais. Alguns dos efeitos associados ao stress são causados por intensidades sonoras acima de 55 dB. Elas são suficientemente elevadas para causarem irritação, comportamento agressivo e perturbações no sono. Sendo assim, uma exposição contínua a ruídos de 65 dB pode causar hipertensão. Enquanto ruídos acima de 75 dB podem levar ao aumento dos níveis de stress e frequência cardíaca.
Soluções
Uma forma de tornar um avião mais silencioso na descolagem consiste em limitar seu peso por meio da redução do número de passageiros ou de combustível. Isso implica no uso de menor potência nos motores e menor velocidade. No entanto, essas medidas diminuem a rentabilidade dos voos. Já que fazem mais paradas para abastecimento, enquanto possuem menos passageiros. Esse caso real de engenharia foi o que levou grandes empresas, como a Boeing e a Airbus, a irem além e buscar meios de redução de ruídos nos aviões. Portanto, na concepção de novos aviões ou helicópteros, o estudo do ruído produzido pelas várias peças da fuselagem e dos motores tornou-se vital. Isso porque para assegurar a eficiência e viabilidade do avião, além de atender as normas de certificação.
De onde vem esse estudo?
A maioria dos resultados gerados de estudos práticos são obtidos por meio da análise da aeroacústica. Para isso, devem-se juntar as equações governantes da mecânica dos fluidos com a equação de onda clássica. Então, também faz-se algumas considerações provindas da analogia de Lighthill.
O estudo realizado por James Lighthill na década de 1950 analisava a geração do som associada com motores à jato. Esse estudo parte da teoria que a fonte sonora é a diferença entre as leis gerais de aproximação e suas aproximações linearizadas. Sendo assim, é possível manipular algebricamente as equações de quantidade de movimento e conservação de massa para que a equação resultante do processo seja uma equação de onda na perturbação do escoamento. Naquela época, estudos de sons gerados por motores a jato estavam começando a ser uma área de exploração científica.
Para que serve a Aeroacústica?
Muitos problemas da indústria podem ser resolvidos aplicando simplificações em fórmulas matemáticas que representam o comportamento aeroacústico de uma determinada configuração. Hoje em dia, os principais problemas estão ligados às indústrias aeroespacial, de refrigeração e automotiva. Envolvendo, em grande parte, o desenvolvimento de aeronaves, trens, drones, dutos industriais, atenuadores, escapamentos, e outros.
O maior desafio de quem decide ir além nessa área é o de gerar valor ao negócio. Pois, esse profissional terá que atender critérios de certificação e ao mesmo tempo balancear os prós e contras que uma adequação acústicas pede, como desempenho, consumo de combustível, poluição do ar e incômodo.
O design de aeronaves é altamente multidisciplinar. Há muitos conflitos de necessidades nas disciplinas de projetos e é um desafio incorporar variáveis de ruído que atendam tanto à certificação das aeronaves quanto às estratégias de negócio nas empresas grandes.
Os dois lados de uma mesma moeda são: o incômodo das comunidades, e a certificação das aeronaves. Para atender ambos, é preciso encontrar melhores maneiras de prever os valores que englobam a sociedade, mesmo tendo uma variabilidade grande. Juntamente com isso, deve-se analisar as bases de dados de baixo custo necessárias, de forma que ferramentas empíricas sirvam para design nas primeiras etapas de concepção das aeronaves. Já existem algumas tecnologias que são baseadas em geometrias mais complexas de peças e novos sistemas de propulsão que, apesar de ainda ser incerto, são bem promissoras.
Portanto, vimos que a aeroacústica é ainda um estudo bem recente e muito complicado, mas que vem crescendo fortemente. Por conseguinte, existem vários projetos para se aprofundar nesse assunto. Dois deles são: o projeto Silence da Embraer e o mestrado do ITA.