Análisis Acústico de un Sistema de Propulsión Híbrido para Aplicaciones de Drones
Autores: Dombrovschi, Mdlin; Deaconu, Marius; Cristea, Laurentiu; Frigioescu, Tiberius Florian; Cican, Grigore; Badea, Gabriel-Petre; Totu, Andrei-George
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Artes
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 11
Citaciones: Sin citaciones
Este documento tiene como objetivo realizar un análisis acústico a través de mediciones de ruido de un sistema de propulsión híbrido destinado a su implementación en un dron, a partir del cual se pueden identificar las principales fuentes de ruido para una investigación posterior sobre técnicas de reducción de ruido. Además, el ruido se caracterizó mediante un análisis espectral e identificando los componentes tonales que contribuyen al ruido general. El sistema de fuerza propulsora consiste en un micro-turboshaft acoplado a una caja de cambios conectada a un generador eléctrico. La corriente eléctrica producida por el generador alimenta un ventilador ducto eléctrico (EDF). El motor-turbina se probó en condiciones de campo libre para la generación de ruido a diferentes velocidades, y para ello se instaló una matriz de micrófonos, posicionada polarmente alrededor del sistema y cerca de la entrada y el escape. En consecuencia, basándose en los resultados de las pruebas, se trazó la directividad acústica, revelando que los niveles de ruido más altos se encuentran en la parte delantera y trasera del motor. El nivel de ruido a una distancia de 1.5 m del turbo-motor supera los 90 dBA a todas las velocidades probadas. Los análisis espectrales tanto de las señales acústicas de campo lejano (medidas con una matriz de micrófonos polares) como de las señales de campo cercano (micrófonos posicionados cerca de la entrada y el escape) revelaron que los principales contribuyentes al ruido general son el compresor del micromotor, específicamente los fenómenos dinámicos de gas en el ventilador (BPF y 2x BPF). Así, se determinó que a nivel de entrada, la principal contribución al ruido proviene de los componentes de alta frecuencia del compresor, mientras que a nivel de escape, el ruido proviene principalmente de la cámara de combustión, caracterizada por componentes de baja frecuencia (hasta 2 kHz). Los hallazgos de este estudio tienen aplicaciones prácticas en el diseño y desarrollo de sistemas de propulsión de drones más silenciosos. Al identificar y abordar las principales fuentes de ruido, los ingenieros pueden implementar estrategias efectivas de reducción de ruido, lo que lleva a drones que son menos disruptivos en entornos urbanos y otras áreas sensibles al ruido. Esto puede mejorar la aceptación y el despliegue de la tecnología de drones en varios sectores, incluyendo logística, vigilancia y monitoreo ambiental.
Descripción
Este documento tiene como objetivo realizar un análisis acústico a través de mediciones de ruido de un sistema de propulsión híbrido destinado a su implementación en un dron, a partir del cual se pueden identificar las principales fuentes de ruido para una investigación posterior sobre técnicas de reducción de ruido. Además, el ruido se caracterizó mediante un análisis espectral e identificando los componentes tonales que contribuyen al ruido general. El sistema de fuerza propulsora consiste en un micro-turboshaft acoplado a una caja de cambios conectada a un generador eléctrico. La corriente eléctrica producida por el generador alimenta un ventilador ducto eléctrico (EDF). El motor-turbina se probó en condiciones de campo libre para la generación de ruido a diferentes velocidades, y para ello se instaló una matriz de micrófonos, posicionada polarmente alrededor del sistema y cerca de la entrada y el escape. En consecuencia, basándose en los resultados de las pruebas, se trazó la directividad acústica, revelando que los niveles de ruido más altos se encuentran en la parte delantera y trasera del motor. El nivel de ruido a una distancia de 1.5 m del turbo-motor supera los 90 dBA a todas las velocidades probadas. Los análisis espectrales tanto de las señales acústicas de campo lejano (medidas con una matriz de micrófonos polares) como de las señales de campo cercano (micrófonos posicionados cerca de la entrada y el escape) revelaron que los principales contribuyentes al ruido general son el compresor del micromotor, específicamente los fenómenos dinámicos de gas en el ventilador (BPF y 2x BPF). Así, se determinó que a nivel de entrada, la principal contribución al ruido proviene de los componentes de alta frecuencia del compresor, mientras que a nivel de escape, el ruido proviene principalmente de la cámara de combustión, caracterizada por componentes de baja frecuencia (hasta 2 kHz). Los hallazgos de este estudio tienen aplicaciones prácticas en el diseño y desarrollo de sistemas de propulsión de drones más silenciosos. Al identificar y abordar las principales fuentes de ruido, los ingenieros pueden implementar estrategias efectivas de reducción de ruido, lo que lleva a drones que son menos disruptivos en entornos urbanos y otras áreas sensibles al ruido. Esto puede mejorar la aceptación y el despliegue de la tecnología de drones en varios sectores, incluyendo logística, vigilancia y monitoreo ambiental.