Análise numérica do efeito do ângulo de pitch de pás sobre o desempenho acústico e aerodinâmico de hélices

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Lattari, Mateus Grassano
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/229101
Resumo: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2021.
id UFSC_a1b72f74bac3e019b4e3695f64264e18
oai_identifier_str oai:repositorio.ufsc.br:123456789/229101
network_acronym_str UFSC
network_name_str Repositório Institucional da UFSC
repository_id_str 2373
spelling Análise numérica do efeito do ângulo de pitch de pás sobre o desempenho acústico e aerodinâmico de hélicesEngenharia mecânicaAeroacústicaMotores elétricosAeronavesAerodinâmicaDissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2021.Novos conceitos de aeronaves são agora possíveis graças a reintrodução da propulsão a hélices baseada em motores elétricos, principalmente graças ao desenvolvimento tecnológico de suas baterias. Esses motores elétricos possibilitam a operação de hélices em mais condições de operação do que motores a combustão ou a jato. Uma conhecida estratégia de melhoria de desempenho é a alteração do ângulo de pitch de pá de uma hélice, o que também permite a redução de seu ruído. O objetivo deste trabalho é caracterizar o desempenho acústico e aerodinâmico de uma hélice, considerando variações de seu ângulo de pitch de pá. Os parâmetros acústicos e aerodinâmicos são obtidos de simulações de grandes escaladas com o código PowerFLOW, que é baseado em Lattice-Boltzmann. Os resultados numéricos são verificados em relação a erros de truncamento por refinos de malha e pela comparação com experimentos provenientes da literatura. Uma análise paramétrica sobre o ângulo de pitch de pá é conduzida, acerca de seu desempenho aerodinâmico e acústico, em condições com velocidade de corrente livre nula e não nula. Na ausência de velocidade de corrente livre, o aumento do ângulo de pitch de pá permitiu o incremento do empuxo em 70%, mas com o aumento do arrasto em quatro vezes. Na presença de velocidade de corrente livre, o aumento do simultâneo do ângulo de pitch de pá e da velocidade de corrente livre não alterou a eficiência aerodinâmica nem o empuxo para a maioria dos casos, ao custo de aproximadamente três vezes mais arrasto. Independentemente da velocidade de corrente livre, os incrementos de OASPL calculados de meia frequência de passagem de pá a até 10Hz e a sua diretividade são mais similares ao OASPL calculado de 1 kHz até 10 kHz. É mostrado que a maior redução sonora pela variação do ângulo de pitch de pá ocorre na presença de velocidade de corrente livre. Por exemplo, quando o incremento do ângulo é incrementado em 15o, com a velocidade de corrente livre sendo aumentada, mantendo o valor do empuxo, verifica-se um aumento do ruído de banda larga inferior a 3,5 dB, ante um aumento de até 31 dB para na ausência de velocidade de corrente livre.Abstract: New aircraft concepts are now possible due to the reintroduction of propeller-based propulsion powered by electric engines, mostly due to technological developments of batteries. Electric engines allow the propeller to be operated in a wider range of operating conditions than combustion or jet engines. A well-known strategy of performance improvement is the variation of the propeller blade pitch angle, which can also lead to noise reduction. The objective of this work is the characterization of a propeller?s acoustic and aerodynamic performance, considering the variation of the blade pitch angle. The aerodynamic and acoustic parameters are obtained from Large Eddy Simulation with the PowerFLOW code, which is based on the Lattice-Boltzmann Method. The numerical results are assessed concerning truncation errors by a mesh refinement analysis and through comparisons with experimental data from the literature. Then a parametric analysis regarding the blade pitch angle is carried out, assessing its effects on the aerodynamic and acoustic performance, with and without the presence of free-stream velocity. In the absence of free-stream velocity, the results show that the increase of the pitch angle can increase the thrust by 70%, but at the expense of a fourfold increase in the propeller drag. In the presence of free-stream velocity, the simultaneous increase of the pitch angle and free-stream velocity generally does not change the aerodynamic efficiency and thrust, but a threefold increase is observed in the drag. Regardless the free-stream velocity condition, the increments of OASPL calculated from half blade passing frequency to 10 kHz and its directivity are rarer like those of the OASPL from 1 kHz to 10 kHz. It is shown that the greatest noise reduction by varying the pitch angle is found in the presence of free-stream velocity. For instance, when the pitch angle is increased in 15° degrees, with the free-stream velocity being incremented maintaining the thrust, the broadband noise level is increased by less than 3.5 dB, in comparison with an increase of 31 dB in the absence of free-stream velocity.Deschamps, César JoséRosa, Victor Henrique Pereira daUniversidade Federal de Santa CatarinaLattari, Mateus Grassano2021-10-14T19:28:29Z2021-10-14T19:28:29Z2021info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis141 p.| il., gráfs., tabs.application/pdf373064https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/229101porreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2021-10-14T19:28:29Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/229101Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732021-10-14T19:28:29Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
dc.title.none.fl_str_mv Análise numérica do efeito do ângulo de pitch de pás sobre o desempenho acústico e aerodinâmico de hélices
title Análise numérica do efeito do ângulo de pitch de pás sobre o desempenho acústico e aerodinâmico de hélices
spellingShingle Análise numérica do efeito do ângulo de pitch de pás sobre o desempenho acústico e aerodinâmico de hélices
Lattari, Mateus Grassano
Engenharia mecânica
Aeroacústica
Motores elétricos
Aeronaves
Aerodinâmica
title_short Análise numérica do efeito do ângulo de pitch de pás sobre o desempenho acústico e aerodinâmico de hélices
title_full Análise numérica do efeito do ângulo de pitch de pás sobre o desempenho acústico e aerodinâmico de hélices
title_fullStr Análise numérica do efeito do ângulo de pitch de pás sobre o desempenho acústico e aerodinâmico de hélices
title_full_unstemmed Análise numérica do efeito do ângulo de pitch de pás sobre o desempenho acústico e aerodinâmico de hélices
title_sort Análise numérica do efeito do ângulo de pitch de pás sobre o desempenho acústico e aerodinâmico de hélices
author Lattari, Mateus Grassano
author_facet Lattari, Mateus Grassano
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Deschamps, César José
Rosa, Victor Henrique Pereira da
Universidade Federal de Santa Catarina
dc.contributor.author.fl_str_mv Lattari, Mateus Grassano
dc.subject.por.fl_str_mv Engenharia mecânica
Aeroacústica
Motores elétricos
Aeronaves
Aerodinâmica
topic Engenharia mecânica
Aeroacústica
Motores elétricos
Aeronaves
Aerodinâmica
description Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2021.
publishDate 2021
dc.date.none.fl_str_mv 2021-10-14T19:28:29Z
2021-10-14T19:28:29Z
2021
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv 373064
https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/229101
identifier_str_mv 373064
url https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/229101
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv 141 p.| il., gráfs., tabs.
application/pdf
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFSC
instname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
instacron:UFSC
instname_str Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
instacron_str UFSC
institution UFSC
reponame_str Repositório Institucional da UFSC
collection Repositório Institucional da UFSC
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1808651985879040000

Registros relacionados