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A eletrificação é vista como tendo um papel importante a desempenhar na aviação livre de combustíveis fósseis de amanhã. Mas a aviação elétrica está lutando contra um dilema: quanto mais eficiente em energia uma aeronave elétrica, mais ruidosa ela fica. Agora, pesquisadores da Chalmers University of Technology, na Suécia, desenvolveram um método de otimização de projeto de hélice que abre caminho para uma aviação elétrica silenciosa e eficiente.
Nos últimos anos, a eletrificação tem sido descrita como tendo um papel importante na redução das emissões da aviação futura. Devido aos desafios impostos por alcances mais longos, o interesse está principalmente voltado para aviões de hélice elétrica que cobrem distâncias mais curtas. As hélices conectadas a motores elétricos são consideradas o sistema de propulsão mais eficiente para voos regionais e domésticos.
Mas enquanto os aviões são elétricos, as hélices causam outro tipo de emissão: o ruído. O barulho das pás da hélice não perturbaria apenas os passageiros aéreos. As futuras aeronaves elétricas precisarão voar em altitudes relativamente baixas, com perturbações sonoras atingindo áreas residenciais e vida animal.
Lutando contra um dilema de trade-off
É aqui que a comunidade de pesquisa enfrenta um dilema. A ambição de desenvolver aeronaves elétricas silenciosas e energeticamente eficientes é um tanto frustrada por um problema de trade-off.
“Percebemos que quanto mais pás uma hélice tiver, menor será a emissão de ruído. Mas com menos pás, a propulsão se torna mais eficiente e a aeronave elétrica pode voar por mais tempo. Nesse sentido, há um trade-off entre eficiência energética e ruído. Isso é uma espécie de obstáculo para aeronaves elétricas que são silenciosas e eficientes”, explica Hua-Dong Yao, professor associado e pesquisador em dinâmica de fluidos e tecnologia marítima na Chalmers University of Technology.
Um design otimizado para hélices silenciosas e eficientes
Mas agora, Hua-Dong Yao e seus colegas de pesquisa podem estar um passo mais perto de uma solução. Eles conseguiram isolar e explorar o ruído que ocorre na ponta das pás da hélice, ou “vórtices de ponta”, uma fonte de ruído conhecida, mas menos explorada. Ao isolar esse ruído, os pesquisadores conseguiram entender completamente seu papel em relação a outras fontes de ruído geradas por pás de hélices. Ao ajustar uma série de parâmetros da hélice, como ângulo de inclinação, comprimento da corda e número de pás, a equipe encontrou uma maneira de otimizar o projeto da hélice e equilibrar o efeito de compensação entre eficiência e ruído. O método, descrito no estudo publicado na revista Aeroespacial, agora pode ser usado no processo de projeto de hélices mais silenciosas para futuras aeronaves elétricas.
“As hélices de aeronaves modernas geralmente têm de duas a quatro pás, mas descobrimos que, usando seis pás projetadas usando nossa estrutura de otimização, você pode desenvolver uma hélice relativamente eficiente e silenciosa. A hélice consegue uma redução de ruído de até 5- 8 dBA* com apenas 3,5 por cento de penalidade de propulsão, em comparação com uma hélice com três pás. Isso é comparável à redução de ruído de alguém que passa de uma voz normal de conversa para o som que você perceberia em uma sala silenciosa “, diz Hua -Dong Yao.
* O decibel ponderado A (dBA ou dB(A)) é uma expressão do volume relativo dos sons conforme percebido pelo ouvido humano. A ponderação A dá mais valor às frequências na faixa intermediária da audição humana e menos valor às frequências nas bordas em comparação com uma medição plana de decibéis de áudio. A ponderação A é o padrão para determinar danos auditivos e poluição sonora.
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