Muchas especies de búhos pueden cazar sin ser escuchadas por sus presas al suprimir el ruido de sus alas a frecuencias de sonido superiores a 1,6 kilohercios kHz, incluido el rango en el que el oído humano es más sensible.
La porosidad del ala del búho la calidad que permite que el aire pase resistivamente a través de las alas ayuda a suprimir el ruido. Numerosos estudios aeroacústicos han examinado el efecto de la porosidad del ala, inspirada en las características silenciosas del plumaje de los búhos. Sin embargo, mucho menos esconocido sobre cómo la porosidad del ala afecta la aerodinámica de estas alas, lo que probablemente compita con los beneficios acústicos de la porosidad.
Ahora, los investigadores de la Universidad de Lehigh han formulado y resuelto exactamente las cargas aerodinámicas en un perfil aerodinámico, o una estructura similar a un ala en 2-D. Su fórmula matemática utiliza distribuciones de porosidad realistas arbitrarias, que se pueden usar junto con un aeroacústicoteoría, para determinar la compensación aerodinámica / aeroacústica de los diseños de alas porosas. El trabajo ha sido descrito en un artículo que se publicará en Actas de la Royal Society A: Ciencias Matemáticas, Físicas e Ingeniería llamado "La aerodinámica constante de aerofoils con gradientes de porosidad"
El trabajo podría utilizarse en última instancia para mejorar el diseño aerodinámico hecho por el hombre de turbinas eólicas y aviones especializados o drones autónomos.
"El trabajo experimental exploratorio de otros investigadores ha medido el ruido y la aerodinámica de los perfiles aerodinámicos construidos con varios materiales porosos en un rango de velocidades de flujo", dijo Justin W. Jaworski, profesor asistente de ingeniería mecánica y mecánica y coautor del artículo."Nuestro trabajo generaliza la teoría existente para obtener resultados para distribuciones de porosidad arbitrarias a lo largo del perfil y produce un parámetro de porosidad que colapsa todos los datos experimentales en una sola curva".
Añade: "Nuestro resultado general, una expresión única y explícita que resuelve el problema matemático central sin aproximación, tiene el potencial de integrarse en el diseño aerodinámico / aeroacústico de las alas y las palas de los pequeños vehículos aéreos,turbinas eólicas o drones que buscan minimizar su huella de ruido a través de medios pasivos "
Según Jaworski, el análisis matemático del equipo se basó en la teoría aerodinámica clásica. Curiosamente, la información clave para obtener un resultado exacto con las distribuciones de porosidad general provino de un antiguo texto ruso.
"Quizás lo más sorprendente fue el descubrimiento de que el problema matemático podría formularse de manera muy general y resolverse en forma cerrada sin recurrir a aproximaciones innecesarias", dijo Rozhin Hajian, coautor del artículo y estudiante de doctorado en ingeniería mecánica en Lehigh.
Usando su fórmula, los resultados para la distribución de presión en un ala de cualquier descripción dada de la porosidad y la curvatura de una sección del ala se pueden determinar explícitamente a partir de una sola ecuación, una herramienta que podría ser de gran interés para los diseñadores que buscanminimizar el ruido mientras maximiza las propiedades aerodinámicas
"El hecho de que nuestro resultado sea explícito y cerrado para distribuciones arbitrarias de porosidad hace que sea fácil de implementar en los análisis de aerodinámica versus aeroacústica para anticipar si un diseño de porosidad particular será efectivo o no para una aplicación dada", dijoJaworski.
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Materiales proporcionados por Universidad de Lehigh . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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