ES2349521B1 - Tunel de viento con una seccion cerrada para mediciones aeroacusticascon un revestimiento anecoico. - Google Patents
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Abstract
Túnel de viento con una sección cerrada para
mediciones aeroacústicas con un revestimiento anecoico.
Túnel de viento con una sección cerrada para
mediciones aeroacústicas con un revestimiento anecoico con la
siguiente estructura: a) una primera cavidad (11) de espesor
D_{1} en el rango 20 \leq D_{1} \leq 50 mm
rellena de un material fibroso con una resistividad al flujo
R en el rango 10 \leq R \leq 50 krayl/m; b) un
primer panel microperforado (13) de espesor t_{1} en el rango 0.25
\leq t_{1} \leq 0.75 mm y con un porcentaje de perforación
p_{1} en el rango 15% \leq p_{1} \leq 30%; c)
una segunda cavidad (15) de aire de espesor D_{2} en el
rango 10 \leq D_{2} \leq 30 mm; d) un segundo panel
microperforado (17) de espesor t_{2} en el rango 0.25 \leq
t_{2} \leq 0.75 mm y con un porcentaje de perforación
p_{2} en el rango 15% \leq p_{2} \leq 30%. Las
perforaciones de los paneles pueden tener forma circular o de
hendidura longitudinal de diámetro d o anchura a en el rango 0.2
\leq d, a \leq 0.5 mm.
Description
Túnel de viento con una sección cerrada para
mediciones aeroacústicas con un revestimiento anecoico.
La presente invención se refiere a un túnel de
viento con una sección cerrada dotada de un revestimiento anecoico
para realizar mediciones aeroacústicas y más particularmente a un
túnel de viento para realizar ensayos aerodinámicos y acústicos de
modelos a escala de aeronaves.
Los túneles de viento se usan para realizar
ensayos aerodinámicos y aeroacústicos de modelos a escala de
distintos tipos de vehículos y particularmente de aeronaves.
Tradicionalmente, los ensayos aerodinámicos utilizan una
configuración de sección cerrada porque es una técnica madura donde
el flujo de aire que incide sobre la maqueta no se ve muy influido
por las paredes y porque las correcciones asociadas son de sobra
conocidas. Sin embargo, las medidas aeroacústicas se suelen realizar
en sección abierta porque así se evitan las reverberaciones en las
paredes del túnel. Esto hace que los ensayos aerodinámicos y
aeroacústicos se hagan de forma separada, con la consiguiente
duplicación de esfuerzos y costes.
Aunque en la técnica anterior son bien conocidos
diversos materiales capaces de absorber el sonido no se conoce sin
embargo ninguna propuesta concreta que proporcione un revestimiento
de una sección cerrada de un túnel de viento con un alto grado de
absorción acústica que permita realizar fácilmente las mediciones
que se precisan en los ensayos aeroacústicos de, particularmente,
modelos de aeronaves.
Las soluciones comerciales para la absorción del
ruido que usan materiales porosos y fibrosos no son aplicables para
dicho revestimiento debido a que la vena de aire que circula por el
interior del túnel a gran velocidad acabaría arrastrando dichos
materiales, con la consiguiente pérdida de las propiedades de
absorción acústica.
En cuanto a los paneles microperforados (MMP's),
que, en principio, cabe considerar aplicables a dicho revestimiento,
se conocen diversas propuestas que han sido utilizadas en distintos
sectores industriales. Los MPP's, propuestos por Maa (D.Y. Maa,
(1997), "Potential of microperforated panel absorber". J.
Acoust. Soc. Am., 104, 2861-2866), proporcionan
absorción del sonido por pérdidas visco-térmicas en
las perforaciones sub-milimétricas realizadas sobre
un panel, y no requieren, por tanto, la adición de materiales
fibrosos. Para sintonizar la absorción en la banda de frecuencias de
interés es necesario disponer estos MPP's en frente de una pared
rígida, dejando una cavidad de aire de un determinado espesor.
El uso de MPP's para la absorción del sonido en
distintos entornos es bien conocido en la técnica y ha sido objeto
de varias patentes.
US 5,700,527 describe el uso de vidrios
microperforados como materiales absorbentes en la construcción de
edificios. Se trata de MPP's sencillos de vidrio de grosor t en el
rango 0.2\leqt\leq30 mm, con perforaciones circulares de
diámetro d en el rango 0.1\leqd\leq2 mm y cavidades de aire de
espesor D en el rango 20\leqD\leq500 mm.
ES 2 211 586 describe el uso de MPP's para
revestimientos en medios de transporte, tales como vehículos
terrestres, trenes, barcos y aviones, con paneles de grosor t en el
rango 0.2\leqt\leq5 mm, perforaciones de diámetro d en el rango
0.05\leqd\leq2 mm, y porcentajes de perforación p en el rango
0.2\leqp\leq4%. La cavidad de aire, en este caso, puede estar
rellena de material esponjoso o guata.
EP 1 382 031 describe el uso de MPP's multicapas
para revestimientos absorbentes de sistemas de escape de motores o
en turbinas. Los paneles metálicos tienen espesores t<0.2 mm,
perforaciones con diámetros d<1 mm, y porcentajes de perforación
p<1%.
US 6,675,551 describe MPP's gruesos de bajo
coste, para su aplicación como elementos constructivos. Los paneles
pueden ser de madera, material sintético o yeso laminado, y puede
combinarse con otros materiales absorbentes, tales como espumas,
lanas minerales o velos acústicos. Los paneles pueden tener
espesores t en el rango 6\leqt\leq30 mm, con perforaciones
circulares de diámetros d\leq2 mm, y porcentajes de perforación
p\leq4%.
US 6,617,002 describe MPP's que usan películas
poliméricas. Ya que estas películas tienen una rigidez menor que
10^{7} dinas/cm, con un espesor t<0.38 mm, el modelo incluye
sus propiedades elásticas. Otra novedad que aporta esta patente es
la realización de perforaciones cónicas, con un diámetro mayor
d_{1}<0.5 mm, y un diámetro menor d_{2}<0.15 mm.
Como se deduce de lo expuesto, las propuestas
conocidas están orientadas a resolver problemas concretos de
aislamiento acústico muy diferentes a los de un revestimiento
anecoico de un túnel de viento.
Sería sin embargo deseable disponer de tal
revestimiento y la presente invención está orientada a la atención
de esa demanda.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un revestimiento para una sección cerrada de un túnel
de viento que proporcione una absorción del sonido en una banda de
frecuencias desde 500 Hz hasta 14 kHz que facilite la realización
de mediciones aeroacústicas.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un revestimiento para una sección cerrada de un túnel
de viento que permita la realización de ensayos aeroacústicos de
modelos de aeronaves.
Esos y otros objetos se consiguen con un
revestimiento absorbente de sonido que comprende, desde la pared del
túnel, los siguientes componentes: a) una primera cavidad rellena de
un material fibroso; b) un primer panel microperforado (MPP); c) una
segunda cavidad de aire; d) un segundo panel microperforado (MPP),
con las siguientes características: la primera cavidad tiene un
espesor D_{1}, comprendido en el rango
20\leqD_{1}\leq50 mm. y está rellena de un material
fibroso o poroso de resistividad al flujo R comprendida en el
rango 10\leqR\leq50 krayl/m; los MPP's tienen espesores
t_{1,2} comprendidos en el rango
0.25\leqt_{1,2}\leq0.75 mm y un porcentaje de
perforaciones p_{1,2} comprendido en el rango
15%\leqp_{1,2}\leq30%; la segunda cavidad de aire tiene
un espesor D_{2}, comprendido en el rango
10\leqD_{2}\leq30 mm.
En una realización preferente, las perforaciones
de los MPP's tienen forma circular con un diámetro d comprendido en
el rango 0.2\leqd\leq0.5 mm. Se consigue con ello
revestimientos para secciones anecoicas para túneles de viento con
capacidades óptimas de absorción.
En otra realización preferente las perforaciones
de los MPP's tienen forma de hendiduras longitudinales orientadas en
la dirección del flujo de viento en el túnel con un ancho a
comprendido en el rango 0.2\leqa\leq0.5 mm. Se consigue
con ello revestimientos para secciones anecoicas de túneles de
viento con una óptima relación capacidad de absorción/coste.
Otras características y ventajas de la presente
invención se desprenderán de la descripción detallada que sigue de
una realización ilustrativa del objeto de la invención en relación a
las figuras adjuntas.
La Figura 1a es una vista esquemática en sección
transversal de un túnel de viento con un revestimiento anecoico
según la presente invención y la Figura 1b es una vista de detalle
de la estructura de ese revestimiento.
La Figura 2 es una vista esquemática de detalle
en planta y sección transversal de un MMP con perforaciones en
forma de hendiduras.
La Figura 3 muestra curvas de absorción en
incidencia normal del revestimiento anecoico de un túnel de viento
según la presente invención como una función de la resistividad al
flujo del material fibroso de la primera cavidad.
La Figura 4 muestra curvas de absorción en
incidencia normal del revestimiento anecoico de un túnel de viento
según la presente invención como una función del porcentaje de
perforación del segundo MPP.
La Figura 5 muestra las curvas de absorción en
incidencia normal del revestimiento anecoico de un túnel de viento
según la presente invención para varias combinaciones de los
espesores de la primera y la segunda cavidad.
La Figura 6 muestra curvas de absorción en
incidencia normal del revestimiento anecoico de un túnel de viento
según la presente invención como una función del diámetro de las
perforaciones del primer MPP.
La Figura 7 muestra una curva de absorción en
incidencia normal de un revestimiento anecoico de túnel de viento
según una realización concreta de la presente invención.
Se considera que un revestimiento anecoico
apropiado de una sección cerrada de un túnel de viento para que se
puedan hacer ensayos aeroacústicos debe ser capaz de proporcionar
una absorción promedio en incidencia normal del 90% en una banda de
frecuencias desde 500 Hz hasta 14 kHz (casi 5 octavas).
Según una realización preferente de la presente
invención, y siguiendo las Figuras 1a y 1b puede observarse una
sección cerrada de un túnel de viento cuya pared interior 5 está
provista de un revestimiento formado por los siguientes
componentes:
- Una cavidad 11 de espesor D_{1},
comprendido en el rango 20\leqD_{1}\leq50 mm rellena de
un material fibroso o poroso de resistividad al flujo R
comprendida en el rango 10\leqR\leq50 krayl/m.
- Un primer MMP 13 con espesor t_{1}
comprendido en el rango 0.25\leqt_{1}\leq0.75 mm y un
porcentaje de perforación p_{1} comprendido en el rango
15%\leqp_{1}\leq30%.
- Una segunda cavidad de aire 15 de espesor
D_{2}, comprendido en el rango
10\leqD_{2}\leq30 mm.
- Un segundo MMP 17 con espesor t_{2}
comprendido en el rango 0.25\leqt_{2}\leq0.75 mm y un
porcentaje de perforación p_{2} comprendido en el rango
15%\leqp_{2}\leq30%.
La aptitud del revestimiento mencionado para
cumplir las exigencias requeridas por el túnel de viento ha sido
validada utilizando un modelo de absorción dependiente de los
parámetros relevantes de sus componentes obtenido a partir de la
impedancia de entrada al mismo, que depende de la impedancia
acústica de los MPP y de la impedancia acústica del material poroso.
Por ejemplo, la impedancia de los MPP se puede conocer a partir de
las ecuaciones de Maa (D.Y. Maa, 1997, "Potential of
microperforated panel absorber." J. Acoust. Soc. Am., 104,
2861-2866), y la impedancia de la capa porosa se
puede obtener del modelo de Allard y Champoux (J.F. Allard y Y.
Champoux, 1992, "New empirical equations for sound propagation in
rigid frame fibrous materials", J. Acoust. Soc. Am., 91,
3346-3353).
La Figura 3 muestra la relación entre el
coeficiente de absorción \alpha del revestimiento y el valor de la
resistencia al flujo R del material poroso de la cavidad 11, para el
resto de parámetros fijos. Las curvas 21, 22, 23, 24, 25 son las
correspondientes, respectivamente, a los siguientes valores de R:
10000, 21000, 30000, 40000 y 50000. Como puede verse, se obtiene
una absorción máxima para un material poroso con resistividad al
flujo de 20 krayl/m. Este es un valor típico de la resistividad de
lanas de roca, por ejemplo.
La Figura 4 muestra la relación entre el
coeficiente de absorción \alpha del revestimiento y el porcentaje
de perforación del segundo MPP 17, para el resto de parámetros
fijos. Las curvas 31, 32, 33, 34, 35 son las correspondientes,
respectivamente, a los siguientes valores de porcentaje de
perforación: 10%, 15%, 20%, 25% y 30%. Como puede verse, cuanto
mayor es el porcentaje de perforación, mayor es la absorción. La
relación entre el coeficiente de absorción \alpha del
revestimiento y el porcentaje de perforación del primer MPP 13 es
similar.
La Figura 5 muestra la relación entre el
coeficiente de absorción \alpha del revestimiento y los espesores
D_{1} y D_{2} de las dos cavidades 11, 15, para el
resto de parámetros fijos. Las curvas 41, 42, 43 son las
correspondientes, respectivamente, a las siguientes parejas de
valores de D_{1} y D_{2}: 5, 1.9; 3, 2; 4, 1. Como
puede verse, es necesario combinar adecuadamente ambos espesores
D_{1} y D_{2} para obtener una curva de absorción
alta.
Las perforaciones del primer y segundo MPP's 13
y 17 pueden tener distintas formas, particularmente circulares y
hendiduras longitudinales. En el primer caso, el diámetro d de las
perforaciones está comprendido en el rango
0.2\leqd\leq0.5 mm.
La Figura 6 muestra relación entre el
coeficiente de absorción \alpha del revestimiento y el diámetro de
perforaciones circulares de diámetro d del primer MPP 13,
para el resto de parámetros fijos. Las curvas 51, 52, 53, 54 y 55
son las correspondientes, respectivamente, a los siguientes valores
de d: 0.3, 0.4, 0.5, 0.6 y 0.7. Como puede verse, cuanto
menor es dicho diámetro, mayor es la absorción. La relación entre el
coeficiente de absorción \alpha del revestimiento y el diámetro
d de perforaciones circulares del segundo MPP 17 es
similar.
Se ha verificado de manera experimental que se
consigue un efecto de absorción similar al de las perforaciones
circulares con hendiduras longitudinales cuya anchura a (ver Figura
2) sea igual o similar al diámetro de las perforaciones circulares.
Preferentemente la dirección longitudinal de dichas hendiduras debe
coincidir con la dirección del flujo de viento en el túnel. El coste
de la realización de esas hendiduras es considerablemente menor que
el coste de perforaciones circulares.
Se ha realizado un revestimiento concreto para
una sección de 200 mm de longitud de un túnel de viento de sección
rectangular de 200 x 200 mm con dos MPP's 13 y 17 de metal, de
parámetros t_{1,2}=0.5 mm, p_{1,2}=23% y
perforaciones en forma de hendiduras longitudinales de anchura
a=0.23 mm realizadas con un láser, una primera cavidad 11 de espesor
D_{2}=40 mm, rellena de una lana de roca de resistividad
al flujo R=28 krayl/m. y una segunda cavidad 15 de aire de
espesor D_{1}=20 mm, realizada con una estructura de nido
de abeja. La Figura 7 muestra la curva de absorción en incidencia
normal de este revestimiento. El coeficiente de absorción en la
banda de frecuencias entre 500 Hz y 15 kHz es de 0.88.
En las realizaciones preferentes que acabamos de
describir pueden introducirse aquellas modificaciones comprendidas
dentro del alcance definido por las siguientes reivindicaciones.
Claims (6)
1. Túnel de viento que incluye una sección
cerrada para mediciones aeroacústicas, caracterizado porque
sus paredes interiores están dotadas de un revestimiento absorbente
de sonido que, a partir de dichas paredes interiores, comprende los
siguientes componentes:
a) una primera cavidad (11) de espesor
D_{1} comprendido en el rango
20\leqD_{1}\leq50 mm rellena de un material fibroso con
una resistividad al flujo R comprendida en el rango
10\leqR\leq50 krayl/m;
b) un primer panel microperforado (13) de
espesor t_{1} comprendido en el rango
0.25\leqt_{1}\leq0.75 mm y con un porcentaje de
perforación p_{1} comprendido en el rango
15%\leqp_{1}\leq30%;
c) una segunda cavidad (15) de aire de espesor
D_{2} comprendido en el rango
10\leqD_{2}\leq30 mm;
d) un segundo panel microperforado (17) de
espesor t_{2} comprendido en el rango
0.25\leqt_{2}\leq0.75 mm y con un porcentaje de
perforación p_{2} comprendido en el rango
15%\leqp_{2}\leq30%.
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2. Túnel de viento según la reivindicación 1,
caracterizado porque dichos primer y segundo paneles
microperforados (13, 17) tienen perforaciones de sección
circular.
3. Túnel de viento según la reivindicación 2,
caracterizado porque el diámetro d de dichas
perforaciones está comprendido en el rango
0.2\leqd\leq0.5 mm.
4. Túnel de viento según la reivindicación 1,
caracterizado porque dichos primer y segundo paneles
microperforados (13, 17) tienen perforaciones en forma de hendidura
longitudinal cuyo ancho a está comprendido en el rango
0.2\leqa\leq0.5 mm.
5. Túnel de viento según la reivindicación 4,
caracterizado porque dichas hendiduras longitudinales están
realizadas en direcciones paralelas a la del flujo del viento en el
túnel.
6. Túnel de viento según cualquiera de las
reivindicaciones 1-5, caracterizado porque
dichos primer y segundo paneles microperforados (13, 17) son paneles
metálicos y porque el material de relleno de la primera cavidad (11)
es lana de roca.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC2A | Transfer of patent |
Owner name: AIRBUS OPERATIONS, S.L. Effective date: 20110804 |
|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2349521 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B1 Effective date: 20111028 |
|
| FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20180924 |