De acordo com Mueller et al. (2002), as maiores fontes de ruído de fundo de túnel são o ventilador, a camada limite das paredes, turbulência do escoamento livre, ruídos do hardware de aquisição de dados e ruídos estruturais. O ensaio para obtenção das curvas de ruído de fundo de túnel é realizado com a câmara de ensaios do túnel de vento devidamente selada e vazia, sem a presença do modelo, conforme a Fig. 12(a), na Sec. 3.1.2. O ventilador do túnel é então ligado e a velocidade é ajustada de acordo com
a pressão dinâmica e a massa especíĄca do ar dentro da câmara, dados estes obtidos através de manômetros conectados a um tubo de Pitot (dentro da câmara, adquirindo as pressões dinâmica e estática), termômetros para medir a temperatura (dentro da câmara e ambiente) e um manômetro de mercúrio para obtenção da pressão ambiente. Com a velocidade correta, o ruído então é adquirido pela antena, a uma taxa de amostragem de 51.200 [Hz] e tempo total de 39 [s]. Terminada a etapa de aquisição de dados, o arquivo binário contendo as informações de pressão dos microfones é pós-processado, obtendo-se a matriz de espectros cruzados (CSM ).
Existem algumas maneiras de se avaliar o ruído de fundo de túnel. Uma delas envolve calcular a média dos auto espectros da matriz CSM para cada frequência de interesse. O auto espectro da matriz CSM é reconhecido por conter as componentes do ruído global da(s) fonte(s), sendo o exemplo mais clássico a turbulência da camada limite na parede do túnel que está em contato direto com a antena, (MUELLER et al., 2002). A maioria dos componentes espectrais do ruído de fundo de túnel não são correlacionados e podem ser eliminados da matriz CSM por um processamento de sinal adequado (tal como a remoção da diagonal principal, o auto espectro).
A Fig. 31 apresenta as curvas do ruído de fundo de túnel como a média dos auto espectros e dos espectros cruzados da matriz CSM, bem como a integração realizada pelo método DAMAS na região de interesse (a qual se calculou o ruído emitido pelo eslate nos casos abordados neste trabalho - Sec. 5.1), para as velocidades de 24, 27, 31 e 34 [m/s]. Nota-se que o nível de ruído do túnel está intimamente relacionado com a velocidade do escoamento: quanto maior a velocidade, mais intenso é o ruído. Um ponto importante a ser observado é que os espectros de ruído se apresentam como sendo de banda larga, não aparecendo nenhuma componente tonal, que poderia representar, por exemplo, a frequência do ventilador ou alguma cavidade no túnel.
3.3.3 Ensaios
Para executar os ensaios é ideal uma equipe, de forma que uma pessoa Ąque responsável por operar o túnel (selecionar o ângulo de ataque do modelo, a velocidade do escoamento, ler os dados de pressão estática e dinâmica e temperatura internos à câmara de ensaios, a temperatura e pressão ambientes e entre outros), outra pessoa responsável por operar o sistema de aquisição de dados de pressão (software DSM Link) e mais uma responsável por operar o sistema de aquisição de dados acústicos (software DAQ). Esta equipe realiza também as alterações necessárias na geometria do modelo para cada caso a ser ensaiado, tal como a colocação dos selos na cova do eslate.
Antes de iniciar os ensaios foi elaborada uma planilha de testes contendo os casos a serem ensaiados para registro das características dos mesmos e anotações dos dados pertinentes à cada caso (temperaturas, pressões e entre outros), bem como observações e/ou intercorrências que possam vir a ocorrer durante os ensaios. Nesta mesma planilha
72 Capítulo 3. Metodologia Experimental Frequency [Hz] P S D [d B / Hz ] 103 104 0 10 20 30 40 50 60 70 24 [m/s] 27 [m/s] 31 [m/s] 34 [m/s] (a) Frequency [Hz] P S D [d B / Hz ] 103 104 −40 −20 0 20 40 60 24 [m/s] 27 [m/s] 31 [m/s] 34 [m/s] (b) Frequency [Hz] P S D [d B / Hz ] 103 104 −30 −20 −10 0 10 20 30 40 24 [m/s] 27 [m/s] 31 [m/s] 34 [m/s] (c)
Figura 31: Curvas de ruído de fundo de túnel. (a) Média dos auto espectros da matriz
CSM, (b) média dos espectros cruzados da matriz CSM e (c) integração pelo método DAMAS realizada na região de interesse para eslate (deĄnida na Sec. 5.1).
são calculados, a partir dos dados experimentais fornecidos, a pressão total na câmara de ensaios, a massa especíĄca do ar (dentro e fora da câmara de ensaios), a velocidade do escoamento, a velocidade do som, o número de Mach, a viscosidade do ar e o número de
Reynolds (todos estes últimos parâmetros citados são referentes às condições ambientes no
interior da câmara de ensaios).
Com o modelo devidamente posicionado na seção de testes do túnel de vento e os sistemas de medição e aquisição de dados veriĄcados, é possível dar início aos ensaios. Um ângulo de ataque para o modelo é deĄnido, via o fuso da mesa giratória, o ventilador do túnel é então acionado e, pelo inversor de frequência, velocidade ao escoamento livre é fornecida. O sistema de sucção é ativado selecionando a frequência do soprador utilizado para produzir a sucção da camada-limite de acordo com a velocidade do escoamento e o ângulo de ataque do modelo. Os valores de sucção para o modelo MDA 30P30N ensaiado
foram pré-deĄnidos em etapas anteriores pelo grupo de pesquisa, (PAGANI JR., 2014), de maneira a manter o escoamento ao redor do modelo o mais bidimensional possível, conforme a Tab. 1. AoA [◇ ] U∞ [m/s] 24 27 31 34 -6 0 0 0 0 -4 0 0 0 0 -2 0 0 0 0 0 0 3 7 10 2 20 20 20 20 3 20 20 20 20 4 20 20 20 20 5 25 26,5 28,5 30 6 25 26,5 28,5 30 7 25 26,5 28,5 30 8 25 26,5 28,5 30 9 25 26,5 28,5 30 10 30 33 37 40 11 30 33 37 40 12 30 33 37 40 14 35 39,5 45,5 50 16 35 39,5 45,5 50 18 50 43 47 50
Tabela 1: Frequências de sucção para cada velocidade de escoamento livre e ângulos de ataque ensaiados. Valores em [Hz].
Então, espera-se o escoamento no túnel estabilizar, veriĄcando se as pressões lidas (estática e dinâmica) nos manômetros conectados ao tubo de Pitot da seção de testes do túnel já não variam mais, para então serem efetuadas as leituras das pressões estática e dinâmica, as temperaturas interna à seção de testes do túnel e atmosférica, bem como a pressão atmosférica. É veriĄcado se a velocidade do escoamento livre está de acordo com a desejada (sendo a velocidade calculada na planilha de ensaios, a partir dos dados de pressão dinâmica e massa especíĄca do ar na seção de testes) e, caso esteja, é feita a medição de pressão e, na sequência, a medição acústica. Caso a velocidade não se encontre de acordo com a desejada, a frequência do ventilador do túnel é re-ajustada e os dados (pressões, temperaturas, etc.) são novamente lidos. Apenas quando a velocidade está correta é que os dados de pressão e acústicos são coletados para serem posteriormente processados (gerando as curvas de coeĄciente de pressão e os mapas e espectro acústicos). Terminada a aquisição destes dados, é selecionado o próximo ângulo de ataque para o modelo, na velocidade corrente, e novamente espera-se o escoamento estabilizar-se para efetuar a leitura dos parâmetros de interesse. A Fig. 32 traz o Ćuxograma do procedimento experimental descrito.
Cada aquisição de dados para uma dada velocidade e ângulo de ataque equivale a uma corrida (run). Terminada a varredura de ângulos de ataque para a estabelecida velocidade, uma nova velocidade é selecionada e os ângulos de ataque são novamente varridos. Entre uma velocidade e outra é veriĄcado o drift dos sistemas de aquisição de pressão e acústico, escolhendo o primeiro ângulo de ataque utilizado para a velocidade corrente e efetuando-se
74 Capítulo 3. Metodologia Experimental Leitura de pressões estática e dinâmica no tubo de Pitot, temperaturas interna e externa ao túnel e pressão atmosférica Início Frequência Sucção Frequência do Ventilador do Túnel Ângulo de ataque do modelo Velocidade do escoamento livre está
de acordo? Cálculo da velocidade de escoamento livre e demais parâmetros (c, Mach, Reynolds, etc.) Estabilização do escoamento Não Medição de pressão Sim Medição acústica Tomada de dados para mesma
U∞finalizada?
Fim Não
Sim
Tomada de dados para o caso
finalizada?
Velocidade do escoamento livre
Não
Figura 32: Fluxograma do procedimento experimental adotado.
a aquisição dos dados. O drift veriĄca e repetitividade do ensaio, sendo uma maneira de checar se os dados medidos (pressões e acústicos) podem ser reproduzidos. Encerrada a medida de drift, o túnel é desligado, espera-se a parada total do escoamento (estabilização do túnel desligado) e o sistema de aquisição de pressão é zerado/calibrado Ű tanto os escâneres de pressão quanto os manômetros conectados ao tubo de Pitot. Então o ciclo de medição é reiniciado, religando o túnel na nova velocidade e efetuando os procedimentos já descritos novamente para esta outra velocidade.
As medições aerodinâmicas são realizadas a partir do software DSM Link, efetuando- se a leitura das tomadas de pressão localizadas no modelo, inicialmente coletando os dados para o slot A dos escâneres de pressão (entradas CAL CTL e PxB pressurizadas) e em seguida os dados para o slot B do escâner com 128 canais (entradas CAL CTL e PxA pressurizadas). Encerrada a coleta de dados aerodinâmicos, inicia-se a medição
aeroacústica, selecionando a opção de gravar os dados acústicos no software DAQ.
Para o caso padrão do aerofólio MDA 30P30N, foram realizados ensaios para os ângulos de ataque entre ⊗6 [◇] e 18 [◇], com passo de 1 [◇] entre 2 e 12 [◇] e passo de 2 [◇] para os
demais ângulos de ataque, e velocidades de escoamento de 24, 27, 31 e 34 [m/s]. Já para os casos com selo no eslate, os ensaios foram efetuados para os ângulos de ataque entre 3 [◇] e 9 [◇], com passo de 2 [◇], e velocidades de escoamento de 31 e 34 [m/s]. A Tab. 2
apresenta a matriz de ensaios realizados. A letra R indica que o caso de referência, sem a presença de selo na cova do eslate, foi ensaiado em determinada conĄguração (velocidade de escoamento livre e ângulo de ataque) e a letra S indica que casos com selo na cova do eslate foram ensaiados.
AoA [◇ ] U∞ [m/s] 24 27 31 34 -6 R R R R -4 R R R R -2 R R R R 0 R R R R 2 R R R R 3 R R R,S R,S 4 R R R R 5 R R R,S R,S 6 R R R R 7 R R R,S R,S 8 R R R R 9 R R R,S R,S 10 R R R R 11 R R R R 12 R R R R 14 R R R R 16 R R R R 18 R R R R
Tabela 2: Matriz de ensaios. R indica caso de referência, sem a presença de selo na cova do eslate e S indica casos com selo na cova do eslate.
Os números de Reynolds e Mach para cada velocidade de escoamento livre ensaiada encontram-se na Tab. 3, tendo por referência a corda do modelo de 500 [mm], massa especíĄca do ar de 1,204 [kg/m3], viscosidade do ar de 1,82.10⊗5 [kg/m.s] e velocidade do
som no ar de 343,3 [m/s].
U∞ [m/s] 24 27 31 34
Re 793846 893077 1025385 1124615
M ach 0,0699 0,0786 0,0903 0,0990
Tabela 3: Números de Reynolds e Mach para cada velocidade de escoamento livre ensaiada. Os casos envolvendo selos na cova do eslate exigiram a fabricação dos mesmos. Os selos de seção transversal quadrada são compostos de Ąta dupla-face 3M (possuindo 1 [mm] de espessura) e folhas de EVA (estas com 2 [mm] de espessura), possuindo 3 [mm] de aresta na seção transversal. Já os selos de seção transversal circular são fabricados com tubos de 3 [mm] de diâmetro na seção transversal. Referenciando pela corda do eslate, de 75 [mm], os selos quadrados possuem aresta da seção transversal de 0,04 e os circulares
76 Capítulo 3. Metodologia Experimental
possuem diâmetro de 0,04 na seção transversal, ou 4 [%] da corda do eslate. Eles são Ąxos ao longo de toda a envergadura do eslate.
Para possibilitar o posicionamento dos selos na cova do eslate foram fabricados gabaritos de alumínio nas dimensões desejadas (8; 15; 17,5; 20; 23,5; 27; 30,5; 35 e 45 [mm]), de formato ŞLŤ, de maneira a posicionar o selo encaixando o gabarito no bordo de fuga do eslate com a dimensão desejada apontada para a cova do eslate. Referenciando estas dimensões pela corda do eslate, tem-se a posição dos selos na forma adimensionalizada, ou seja, 0,11; 0,20; 0,23; 0,27; 0,31; 0,36; 0,41; 0,47 e 0,60. Quando realizados os ensaios com o selos circulares, apenas as posições 0,27; 0,47 e 0,60 foram utilizadas.
A Fig. 33 mostra alguns dos gabaritos e selos utilizados e exibe um esquema, para um corte na seção transversal do modelo, de como o posicionamento dos selos é realizado na cova do eslate a partir dos gabaritos. Já a Fig. 34 traz esquemas dos selos de seção transversal quadrada e circular posicionados na cova do eslate. As Figs. 35 e 36 apresentam os selos posicionados na cova do eslate para alguns casos estudados.
Gabarito Selo Eslate Elemento Principal (a) (b) (c)
Figura 33: Gabaritos utilizados na cova do eslate. (a) Esquema do posicionamento dos selos na cova do eslate utilizando gabaritos, (b) e (c) gabaritos.
0000....11111111
0000....22223333
0000....44441111
0000....66660000
(a)0000....22227777
0
0
0
0....44447777
0
0
0
0....66660000
(b)Figura 34: Esquema contendo o posicionamento dos selos. (a) Selos de seção transversal quadrada posicionados em �����/����� = 0,11; 0,23; 0,41 e 0,60 na cova do eslate e (b) selo
de seção transversal circular posicionado em �����/����� = 0,20; 0,47 e 0,60 na cova do
eslate.
S
S
S
Seeeelllloooo
(a) (b) (c)Figura 35: Selos de seção transversal circular, de diâmetro 0,04, posicionados na cova do eslate. Vista do intradorso do modelo. Posições: (a) 0,27; (b) 0,47 e (c) 0,60.
78 Capítulo 3. Metodologia Experimental
S
S
S
Seeeelllloooo
(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i)Figura 36: Selos de seção transversal quadrada, de aresta 0,04, posicionados na cova do eslate. Vista do intradorso do modelo. Posições: (a) 0,11; (b) 0,20; (c) 0,23; (d) 0,27; (e) 0,31; (f) 0,36; (g) 0,41; (h) 0,47 e (i) 0,60.