È cliché descrivere qualcosa di molto rumoroso come "più rumoroso di un motore a reazione". Ma motori a reazione supersonici, come quei caccia a motore pilotati dall'esercito americano, sono molto più rumorosi dei normali motori a reazione che gli scienziati hanno un termine speciale per il loro suono:"rumore associato a shock a banda larga".

Ora, un team di docenti e studenti del Dipartimento di ingegneria aerospaziale dell'Università del Kansas progetterà e testerà tecnologie innovative per ridurre il rumore dei jet militari supersonici. Il Programma di ricerca e sviluppo ambientale strategico del Dipartimento della difesa degli Stati Uniti (SERDP), il programma di scienze e tecnologie ambientali del Dipartimento della Difesa, sta sostenendo un anno, $ 200, 000 sforzi a KU, con il potenziale per espandere tale supporto negli anni a venire.

"Questo progetto metterà alla prova le idee per ridurre il rumore dei jet da aerei militari supersonici, " ha detto ZJ Wang, Spahr Professore di Ingegneria Aerospaziale presso KU, chi sta guidando il nuovo sforzo. "Al momento, il rumore è così forte da compromettere la salute del personale che lavora nelle immediate vicinanze dell'aereo e delle persone che vivono vicino alla base militare. Questo è un problema impegnativo, e abbiamo suggerito alcune nuove idee che hanno un potenziale".

I collaboratori KU di Wang sul lavoro sono Saeed Farokhi, Ray Taghavi, Huixuan Wu e Charlie Zheng, tutti docenti del dipartimento di ingegneria aerospaziale.

I ricercatori studieranno il potenziale dell'installazione di palette all'interno dell'ugello di uscita del motore a reazione per creare un "turbinio dello strato di taglio" che promuova la miscelazione dello scarico del getto con l'aria circostante, riducendo così il rumore.

Il gruppo, studiare la fluidodinamica computazionale e l'aeroacustica computazionale tramite supercomputer e condurre ricerche sulla fisica del flusso fondamentale, il rumore dei jet e le misurazioni acustiche presso il Garrison Flight Research Center del dipartimento KU, mirerà a un'ambiziosa riduzione di tre decibel del rumore dei jet, che in effetti dimezza la potenza acustica.

"Il vortice è il movimento rotatorio del flusso, "Ha detto Wang. "Quando lo scarico del getto supersonico esce dall'ugello dell'aereo, normalmente è diretto:ci sarebbe poco o nessun vortice. L'idea qui è di generare un movimento rotatorio strategico all'uscita per migliorare la miscelazione del getto con l'aria stazionaria circostante per ridurre il rumore del getto supersonico. Ci sono stati molti studi sulla mitigazione del rumore che mostrano che questo tipo di miscelazione può ridurre il rumore".

Infatti, la miscelazione del flusso del getto con l'aria ambiente per ridurre il rumore non è un'idea nuova. I getti commerciali hanno utilizzato per anni dispositivi sulle labbra degli ugelli per ottenere un simile effetto di riduzione del rumore. Ma secondo Wang, la tecnologia utilizzata sui jet subsonici non è altrettanto efficace per i caccia supersonici dell'esercito americano.

"Gli aerei di linea commerciali hanno utilizzato l'ugello chevron, una forma a dente di sega, per ridurre il rumore, " ha detto. "Per gli aerei subsonici, quel concetto si è dimostrato molto efficace, quindi è quasi universale negli aerei commerciali in questi giorni. Ma questo concetto non è altrettanto efficace per i jet supersonici. Qui stiamo cercando di migliorare la miscelazione con la produzione strategica del flusso rotazionale. Non credo che nessuno abbia ancora testato questa idea in questa impostazione. Le alette di generazione del vortice saranno integrate all'interno della parete dell'ugello per generare il livello desiderato di flusso rotazionale".

Una sfida progettuale che i ricercatori della KU devono affrontare è come generare strategicamente un vortice sufficiente nel flusso di uscita del getto supersonico per ridurre il rumore riducendo al minimo la perdita di spinta del getto.

"Le palette di turbolenza bloccheranno inevitabilmente il flusso e produrranno un po' di resistenza, quindi ci sarà una certa perdita di prestazioni in termini di spinta, "Ha detto Wang. "La nostra idea nell'iniezione strategica del vortice è ridurre al minimo questa perdita e allo stesso tempo massimizzare la riduzione del rumore del getto".

Il team studierà la possibilità di alette di riduzione del rumore che si adattano a una posizione neutra dopo il decollo di un jet supersonico, quindi i motori a reazione funzionano con una perdita di potenza molto minore una volta che l'aereo è all'altitudine di crociera.

"Le palette possono essere regolate in posizione puramente assiale, con penalità quasi nulla in termini di spinta, "Ha detto Wang. "Essenzialmente otterrai la spinta completa".

Il concetto si basa su precedenti indagini da parte dei membri del team, ha detto Wang.

"I professori Saeed Farokhi e Ray Taghavi hanno pubblicato diversi lavori sulla miscelazione avanzata di getti vorticosi con applicazione al carburante e all'aria per massimizzare l'efficienza di combustione del motore mediante turbolenza, " ha detto. "E 'stato dimostrato sperimentalmente che era efficace. Così, quando è arrivata la richiesta del Dipartimento della Difesa e noi cinque eravamo interessati, abbiamo avuto alcune sessioni di brainstorming e abbiamo notato che il meccanismo dei chevron era solo un mixaggio migliorato, quindi sapevamo che il vortice dello strato di taglio incorporato potrebbe avere un potenziale nella riduzione del rumore del getto supersonico".

La sovvenzione aiuterà anche a formare una nuova generazione di ingegneri aerospaziali tramite esperimenti presso il centro di ricerca di volo di KU e modellazione al computer in due strutture:il KU Center for Research Computing e il National Center for Supercomputing Applications (dove una sovvenzione separata a Wang ha assicurato 200, 000 ore nodo di tempo di calcolo su Blue Waters, uno dei più grandi supercomputer del mondo).

"Stiamo assumendo due dottorandi, uno studente di master e un ricercatore universitario, "Ha detto Wang. "Questi studenti faranno esperimenti e calcoli, a stretto contatto con i docenti. Questo progetto su tecnologie avanzate e concetti innovativi fornirà ai nostri studenti un'esperienza preziosa che potrebbe plasmare il loro futuro."