ALVAREZ GONZÁLEZ, José Julián (C/ Rosalia de Castro 49, Valdemoro, Madrid, E-28342, ES)
COBO PARRA, Pedro (C/ Isla de Toja, nº 2 esc Dcha, 1-, Collado Villalba Madrid, E-28400, ES)
RUÍZ VILLAMIL, Heidi Leni (C/ Antonio Arias 11 4C, Madrid, E-28009, ES)
ALVAREZ GONZÁLEZ, José Julián (C/ Rosalia de Castro 49, Valdemoro, Madrid, E-28342, ES)
COBO PARRA, Pedro (C/ Isla de Toja, nº 2 esc Dcha, 1-, Collado Villalba Madrid, E-28400, ES)
| REIVINDICACIONES 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 D1 comprendido en el rango 20< D1 <50 mm rellena de un material fibroso con una resistividad al flujo R comprendida en el rango 10< R <50 krayl/m; b) un primer panel microperforado (13) de espesor U comprendido en el rango 0.25< U ≤ 0.75 mm y con un porcentaje de perforación p-, comprendido en el rango 15%< pt <30%; c) una segunda cavidad (15) de aire de espesor D2 comprendido en el rango 10< D2≤ 30 mm; d) un segundo panel microperforado (17) de espesor X2 comprendido en el rango 0.25< t2 ≤ 0.75 mm y con un porcentaje de perforación p2 comprendido en el rango 15%< p2 <30%. 2.- Túnel de viento según Ia reivindicación 1 , caracterizado porque dichos primer y segundo paneles microperforados (13, 17) tienen perforaciones de sección circular. 3.- Túnel de viento según Ia reivindicación 2, caracterizado porque el diámetro c/ de dichas perforaciones está comprendido en el rango 0.2< c/ <0.5 mm. 4.- Túnel de viento según Ia 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< a <0.5 mm. 5.- Túnel de viento según Ia reivindicación 4, caracterizado porque dichas hendiduras longitudinales están realizadas en direcciones paralelas a Ia 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 Ia primera cavidad (11 ) es lana de roca. |
CAMPO DE LA INVENCIÓN
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.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
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 Ia 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 Ia consiguiente duplicación de esfuerzos y costes.
Aunque en Ia 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 Ia absorción del ruido que usan materiales porosos y fibrosos no son aplicables para dicho revestimiento debido a que Ia vena de aire que circula por el interior del túnel a gran velocidad acabaría arrastrando dichos materiales, con Ia 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, Ia adición de materiales fibrosos. Para sintonizar Ia absorción en Ia 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 Ia absorción del sonido en distintos entornos es bien conocido en Ia técnica y ha sido objeto de varias patentes. US 5,700,527 describe el uso de vidrios microperforados como materiales absorbentes en Ia construcción de edificios. Se trata de MPP's sencillos de vidrio de grosor t en el rango 0.2<t<30 mm, con perforaciones circulares de diámetro d en el rango 0.1 <d<2 mm y cavidades de aire de espesor D en el rango 20<D<500 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<t<5 mm, perforaciones de diámetro d en el rango 0.05<d<2 mm, y porcentajes de perforación p en el rango 0.2<p<4%. 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<t≤30mm, con perforaciones circulares de diámetros d<2 mm, y porcentajes de perforación p< 4%. 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 Ia realización de perforaciones cónicas, con un diámetro mayor d-ι<0.5 mm, y un diámetro menor d 2 <0.15 mm. Como se deduce de Io 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 Ia presente invención está orientada a Ia atención de esa demanda.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Un objeto de Ia 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 Ia realización de mediciones aeroacústicas.
Otro objeto de Ia presente invención es proporcionar un revestimiento para una sección cerrada de un túnel de viento que permita Ia realización de ensayos aeroacústicos de modelos de aeronaves.
Esos y otros objetos se consiguen con un revestimiento absorbente de sonido que comprende, desde Ia 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: Ia primera cavidad tiene un espesor D 1 , comprendido en el rango 20< D? <50 mm. y está rellena de un material fibroso o poroso de resistividad al flujo R comprendida en el rango 10< R <50 krayl/m; los MPP's tienen espesores t 1¡2 comprendidos en el rango 0.25< t 1:2 ≤0.75 mm y un porcentaje de perforaciones p 1:2 comprendido en el rango15%< p 1¡2 ≤30%; Ia segunda cavidad de aire tiene un espesor D 2 , comprendido en el rango 10< D 2 ≤ 30 mm.
En una realización preferente, las perforaciones de los MPP's tienen forma circular con un diámetro c/ comprendido en el rango 0.2< c/ <0.5 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 Ia dirección del flujo de viento en el túnel con un ancho a comprendido en el rango 0.2< a <0.5 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 Ia presente invención se desprenderán de Ia descripción detallada que sigue de una realización ilustrativa del objeto de Ia invención en relación a las figuras adjuntas.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La Figura 1 a es una vista esquemática en sección transversal de un túnel de viento con un revestimiento anecoico según Ia presente invención y Ia Figura 1 b es una vista de detalle de Ia 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 Ia presente invención como una función de Ia resistividad al flujo del material fibroso de Ia primera cavidad.
La Figura 4 muestra curvas de absorción en incidencia normal del revestimiento anecoico de un túnel de viento según Ia 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 Ia presente invención para varias combinaciones de los espesores de Ia primera y Ia segunda cavidad.
La Figura 6 muestra curvas de absorción en incidencia normal del revestimiento anecoico de un túnel de viento según Ia 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 Ia presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA 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 Ia presente invención, y siguiendo las Figuras 1 a y 1 b 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 1 1 de espesor D 1 , comprendido en el rango 20< D 1 <50 mm rellena de un material fibroso o poroso de resistividad al flujo R comprendida en el rango 10< R <50 krayl/m. - Un primer MMP 13 con espesor U comprendido en el rango 0.25< U ≤
0.75 mm y un porcentaje de perforación p-¡ comprendido en el rango 15% < p-¡ < 30%.
- Una segunda cavidad de aire 15 de espesor D 2 , comprendido en el rango 10< D 2 ≤ 30 mm. - Un segundo MMP 17 con espesor f 2 comprendido en el rango 0.25< i 2 < 0.75 mm y un porcentaje de perforación p 2 comprendido en el rango 15%< p 2 ≤ 30%.
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 Ia impedancia de entrada al mismo, que depende de Ia impedancia acústica de los MPP y de Ia impedancia acústica del material poroso. Por ejemplo, Ia 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 Ia impedancia de Ia 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 Ia relación entre el coeficiente de absorción α del revestimiento y el valor de Ia resistencia al flujo R del material poroso de Ia 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 Ia resistividad de lanas de roca, por ejemplo.
La Figura 4 muestra Ia relación entre el coeficiente de absorción α 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 Ia absorción. La relación entre el coeficiente de absorción α del revestimiento y el porcentaje de perforación del primer MPP 13 es similar. La Figura 5 muestra Ia relación entre el coeficiente de absorción α del revestimiento y los espesores D? 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 c/ de las perforaciones está comprendido en el rango 0.2< c/ <0.5 mm.
La Figura 6 muestra relación entre el coeficiente de absorción α del revestimiento y el diámetro de perforaciones circulares de diámetro c/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 Ia absorción. La relación entre el coeficiente de absorción α del revestimiento y el diámetro c/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 Ia dirección longitudinal de dichas hendiduras debe coincidir con Ia dirección del flujo de viento en el túnel. El coste de Ia 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 í 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 =IQ mm, realizada con una estructura de nido de abeja. La Figura 7 muestra Ia curva de absorción en incidencia normal de este revestimiento. El coeficiente de absorción en Ia 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.