Motor de Avión: Supresión de Ruido del motor

Las aeronaves propulsadas por motores de turbina de gas a veces requieren la supresión del ruido de los gases de escape del motor cuando operan desde aeropuertos ubicados en o cerca de áreas densamente pobladas. Se utilizan varios tipos de supresores de ruido. Un tipo común de supresor de ruido es una parte aérea integral de la instalación del motor de la aeronave o de la tobera de escape del motor. 

El ruido del motor proviene de varias fuentes en el motor, el ventilador o el compresor y la descarga de aire del núcleo del motor. Hay tres fuentes de ruido involucradas en la operación de un motor de turbina de gas. La entrada de aire del motor y la vibración de la carcasa del motor son fuentes de cierto ruido, pero el ruido generado no se compara en magnitud con el producido por el escape del motor. 

El ruido producido por el escape del motor es causado por el alto grado de turbulencia de una corriente en chorro de alta velocidad que se mueve a través de una atmósfera relativamente tranquila. Para una distancia de unos pocos diámetros de boquilla aguas abajo detrás del motor, la velocidad de la corriente en chorro es alta y hay poca mezcla de la atmósfera con la corriente en chorro. 

En esta región, la turbulencia dentro de la corriente en chorro de alta velocidad es una turbulencia de grano muy fino y produce un ruido de frecuencia relativamente alta. Este ruido es causado por la mezcla violenta y turbulenta de los gases de escape con la atmósfera y está influenciado por la acción de cizallamiento causada por las velocidades relativas entre la velocidad y la atmósfera. y hay poca mezcla de la atmósfera con la corriente en chorro. 

En esta región, la turbulencia dentro de la corriente en chorro de alta velocidad es una turbulencia de grano muy fino y produce un ruido de frecuencia relativamente alta. Este ruido es causado por la mezcla violenta y turbulenta de los gases de escape con la atmósfera y está influenciado por la acción de cizallamiento causada por las velocidades relativas entre la velocidad y la atmósfera. y hay poca mezcla de la atmósfera con la corriente en chorro. 

En esta región, la turbulencia dentro de la corriente en chorro de alta velocidad es una turbulencia de grano muy fino y produce un ruido de frecuencia relativamente alta. Este ruido es causado por la mezcla violenta y turbulenta de los gases de escape con la atmósfera y está influenciado por la acción de cizallamiento causada por las velocidades relativas entre la velocidad y la atmósfera.

Más abajo, a medida que la velocidad de la corriente en chorro disminuye, la corriente en chorro se mezcla con la atmósfera y comienza una turbulencia de tipo más grueso. En comparación con el ruido de otras partes de la corriente en chorro, el ruido de esta parte tiene una frecuencia mucho más baja. 

A medida que la energía de la corriente en chorro finalmente se disipa en grandes remolinos turbulentos, una mayor parte de la energía se convierte en ruido. El ruido generado a medida que se disipan los gases de escape tiene una frecuencia cercana al extremo inferior del rango audible. Cuanto menor es la frecuencia del ruido, mayor es la distancia que viaja el ruido. 

Esto significa que los ruidos de baja frecuencia llegan a un individuo en el suelo en mayor volumen que los ruidos de alta frecuencia y, por lo tanto, son más desagradables. El ruido de alta frecuencia se debilita más rápidamente que el ruido de baja frecuencia, tanto por la distancia como por la interferencia de edificios, terreno y perturbaciones atmosféricas. 

Una sirena de niebla de baja frecuencia y voz profunda, por ejemplo, puede escucharse mucho más lejos que un silbido agudo de alta frecuencia, aunque ambos pueden tener el mismo volumen general (decibeles) en su origen.

Los niveles de ruido varían con el empuje del motor y son proporcionales a la cantidad de trabajo realizado por el motor en el aire que pasa a través de él. Un motor que tiene un flujo de aire relativamente bajo pero un empuje alto debido a la alta temperatura, presión y/o poscombustión de la descarga de la turbina (gas de escape) produce una corriente de gas de alta velocidad y, por lo tanto, altos niveles de ruido. 

Un motor más grande, que maneja más aire, es más silencioso con el mismo empuje. Por lo tanto, el nivel de ruido se puede reducir considerablemente haciendo funcionar el motor con ajustes de potencia más bajos, y los motores grandes que funcionan con empuje parcial son menos ruidosos que los motores más pequeños que funcionan con empuje total. En comparación con un turborreactor, una versión turbofan del mismo motor es más silenciosa durante el despegue. El nivel de ruido producido por un motor de tipo ventilador es menor.

Los motores de ventilador requieren una turbina más grande para proporcionar energía adicional para impulsar el ventilador. La turbina grande, que normalmente tiene una etapa de turbina adicional, reduce la velocidad del gas y, por lo tanto, reduce el ruido producido porque el ruido de los gases de escape es proporcional a la velocidad de los gases de escape. 

El escape del ventilador tiene una velocidad relativamente baja y, por lo tanto, no crea un problema de ruido. Debido a la característica del ruido de baja frecuencia de permanecer a un volumen relativamente alto, se debe lograr una reducción eficaz del ruido para un avión turborreactor revisando el patrón de ruido o cambiando la frecuencia del ruido emitido por la tobera de chorro.

Los supresores de ruido que se utilizan actualmente son del tipo de perímetro corrugado o del tipo de tubos múltiples. Ambos tipos de supresores dividen la única corriente de escape del chorro principal en varias corrientes de chorro más pequeñas. Esto aumenta el perímetro total del área de la boquilla y reduce el tamaño de los remolinos de la corriente de aire creados a medida que los gases se descargan al aire libre. 

Aunque la energía de ruido total permanece sin cambios, la frecuencia aumenta considerablemente. El tamaño de los remolinos de la corriente de aire se reduce a un ritmo lineal con el tamaño de la corriente de escape. 

Esto tiene dos efectos: 1) el cambio en la frecuencia puede poner parte del ruido por encima del rango de audibilidad del oído humano, y 2) las altas frecuencias dentro del rango audible, aunque quizás sean más molestas, son más atenuadas por la absorción atmosférica de lo que son, bajas frecuencias.

En la góndola del motor, el área entre el motor y el capó tiene revestimientos acústicos que rodean el motor. Este material de revestimiento que absorbe el ruido convierte la energía acústica en calor. Estos revestimientos normalmente consisten en una piel porosa sostenida por un respaldo de panal y proporcionan una separación entre la lámina frontal y el conducto del motor. Para una supresión óptima, las propiedades acústicas de la piel y el revestimiento se combinan cuidadosamente.