Evaluation of different CFD models for aeroacoustics assessment of low Reynolds number propellers

Abstract

[ES] Las aeronaves no tripuladas (UAVs) están captando cada vez mayor atención tanto el sector civil como militar debido a sus múltiples ventajas. Se espera que en un futuro cercano la movilidad aérea urbana (UAM) se convierta en una realidad. Debido a esto se están volcando muchos esfuerzos en conseguir herramientas con las cuales diseñar y evaluar correctamente este tipo de vehículos. Una de las principales preocupaciones, ya que podría ser una potencial causa que retrasara el despliegue de UAV en ciudades, es el alto nivel de ruido generado por sus hélices. Aunque existe una extensa cantidad de información en la bibliografía sobre el comportamiento tanto aerodinámico como acústico de hélices, estos estudios se han limitado tradicionalmente a hélices trabajando a alto número de Reynolds, por lo que sus resultados no son directamente extrapolables a las hélices de pequeños UAVs.

En este trabajo se utilizará la mecánica de fluidos computacional (CFD) para modelar tanto las actuaciones aerodinámicas como la huella acústica de una hélice a bajo número de Reynolds. Se realizarán simulaciones con distintos niveles de fidelidad con el objetivo de comparar los resultados de los modelos entre sí y con medidas experimentales realizadas tanto en una cámara anecoica como en túnel de viento. De esta forma se evaluará la validez de cada método y se identificará un conjunto de buenas prácticas a seguir para capturar correctamente la acústica de hélices a bajo número de Reynolds.

[EN] Unmanned aerial vehicles (UAVs) are receiving increasing attention in both the civil and military sectors due to their multiple advantages. It is expected that in the near future urban air mobility (UAM) will become a reality. Due to this, a lot of effort is being invested in developing tools with which to properly design and evaluate such vehicles. One of the main concerns, which might be a potential delaying cause for the deployment of UAVs in cities, is the high level of noise generated by their propellers. Although there is an extensive bibliography available on the aerodynamic and acoustic performance of propellers, these studies have traditionally been limited to high Reynolds number propellers, so their results are not directly extrapolable to small UAV propellers.

In this work, computational fluid mechanics (CFD) will be used to model both the aerodynamic performances and the acoustic footprint of a propeller at low Reynolds number. Simulations will be performed with different levels of fidelity in order to compare the results between models and with experimental measurements performed both in an anechoic chamber and in a wind tunnel. Thus, the validity of each method will be evaluated and a set of good practices for correctly capturing low Reynolds number propeller acoustics will be identified.