Hélice inovadora viabiliza aviões elétricos silenciosos e eficientes

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/03/2023

O estudo do ruído das hélices envolve uma complexa simulação dinâmica, que precisa levar em conta o giro e o avanço.
[Imagem: Hua-Dong Yao et al. - 10.3390/aerospace9120825]

Propulsão versus ruído

A indústria e as autoridades reguladoras vêm trabalhando há anos na redução do ruído emitido pelos aviões, com ótimos resultados para os aviões a jato.

Mas a história está começando de novo com a chegada dos aviões elétricos, tipicamente propelidos por hélices.

Assim como acontece com os carros elétricos, a atual tecnologia das baterias impõe sérias restrições de autonomia para os aviões elétricos. Por isso, o interesse está principalmente voltado para aviões de hélice, que cobrem distâncias mais curtas - as hélices conectadas a motores elétricos são consideradas o sistema de propulsão mais eficiente para voos regionais e domésticos.

E esta é justamente a fonte do dilema para a aviação elétrica: Quanto mais eficiente em termos de energia for uma aeronave elétrica, mais ruidosa ela se torna.

"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 perde-ganha entre eficiência energética e ruído. Isso é um obstáculo para aeronaves elétricas que sejam silenciosas e eficientes," explica Hua-Dong Yao, da Universidade Chalmers de Tecnologia, na Suécia.

Três modelos de hélices avaliados pela equipe.
[Imagem: Hua-Dong Yao et al. - 10.3390/aerospace9120825]

Hélices mais silenciosas

Mas o professor Yao e sua equipe parecem estar um passo mais perto de uma solução para esse dilema.

Eles conseguiram isolar 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, a distância entre o bordo de ataque e o bordo de fuga da pá 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 melhor efeito foi obtido quando a hélice é construída com seis pás, o dobro do número tradicionalmente usado.

O método já pode ser usado no processo de projeto de hélices mais silenciosas para futuras aeronaves elétricas.

"As hélices das aeronaves modernas geralmente têm de duas a quatro pás, mas descobrimos que, usando seis pás projetadas com a nossa estrutura de otimização, você pode desenvolver uma hélice relativamente eficiente e silenciosa. A hélice consegue uma redução de ruído de 5-8 dBA com apenas 3,5 por cento de penalidade na 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," contou Yao.

Mais tópicos