Investigadores de la Nasa realizaron recientemente una serie de vuelos para registrar el sonido de los motores a reacción con el objetivo de utilizar esos datos para ayudar a predecir la forma en que los futuros motores diseñados para aviones con capacidad supersónica podrían sonar al despegar.

La prueba de vuelo acústico de Learjet tuvo lugar en el aeropuerto internacional de las Cataratas del Niágara en Nueva York, donde los motores gemelos de un Learjet 25 propiedad de Calspan Corporation de Buffalo, Nueva York, proporcionaron el sonido mientras la aeronave volaba en diversas condiciones.

“Elegimos un Learjet 25 porque sus motores son similares al sonido de un futuro avión supersónico comercial”, dijo Brenda Henderson, investigadora principal de la Nasa para la prueba de vuelo.

La creación de una herramienta de modelado capaz de predecir los niveles de ruido de los futuros aviones supersónicos durante el despegue y el aterrizaje podría ayudar a los reguladores estadounidenses e internacionales a tomar decisiones informadas sobre el establecimiento de estándares de nivel de ruido aceptables para el público.

El Learjet realizó cuatro salidas en total, durante las cuales completó 73 sobrevuelos a aproximadamente 150 metros de altura. Se estudiaron seis condiciones diferentes del motor. Al mismo tiempo, un pequeño dron pilotado por control remoto sobrevolaba de forma segura cerca, recopilando datos meteorológicos para comprender las condiciones atmosféricas alrededor del Learjet. El dron y sus operadores tienen su base en el Centro de Investigación Langley de la Nasa en Virginia.

“El grupo de Langley nos prestó su equipo, brindó experiencia en su uso y realizó el vuelo para recopilar nuestros datos meteorológicos”, dijo Henderson. “Sus contribuciones fueron clave para nuestro éxito”.

Velocidades subsónicas

Durante los despegues y aterrizajes, los aviones supersónicos vuelan subsónicos, o más lentos que la velocidad del sonido. Pero incluso a estas velocidades, los futuros aviones supersónicos pueden sonar diferentes a los diseñados para vuelos subsónicos debido a las diferencias de diseño, incluidos los diferentes tipos de motores.

A diferencia de los aviones comerciales modernos, se espera que los motores de los aviones supersónicos tengan una relación de derivación baja. Esto significa que el núcleo que quema combustible del motor a reacción produce la mayor parte del empuje de la aeronave, en lugar de impulsar un gran ventilador para producir empuje.

Debido a que los motores de este diseño no se usan comúnmente en la aviación comercial en la actualidad, se dispone de datos de investigación limitados sobre cómo sonarían. Sin embargo, dado que se espera que regresen los viajes supersónicos comerciales, con la industria expresando interés y la misión Quesst de la Nasa trabajando para hacer posible un vuelo supersónico silencioso sobre la tierra, la recopilación de estos datos podría ayudar a dar forma a ese futuro.

Ahí es donde entra en juego el Learjet 25. Aunque es un avión subsónico, sus motores turborreactores CJ610 crean un ruido similar al que pueden producir los futuros aviones supersónicos comerciales.

Reuniendo datos

Desde 2019, los investigadores de la Nasa han probado modelos a escala de los motores CJ610 de Learjet en las instalaciones de prueba del Laboratorio de Propulsión Aeroacústica en el Centro de Investigación Glenn de la Nasa en Cleveland. Al hacerlo, recopilaron muchos datos sobre el sonido que se espera que produzcan los motores.

La prueba de vuelo acústico Learjet tiene como objetivo verificar la precisión de las pruebas en el túnel de viento, lo que permite a los investigadores realizar mejoras y ajustes en su conjunto de datos y modelos de predicción para que coincidan con el mundo real. Sin embargo, para lograr el objetivo de crear una herramienta de modelado predictivo, la prueba de Niagara se realizó de manera diferente a otras realizadas en el pasado.

Mientras que la mayoría de las pruebas de ruido de aviones se utilizan para certificar si un avión es lo suficientemente silencioso, este capturó la mecánica relevante de la fuente de sonido en una variedad de condiciones. Si bien se instalaron micrófonos de última generación en una pista inactiva en el Aeropuerto Internacional de las Cataratas del Niágara, el Learjet se equipó con numerosos sensores y equipos de posicionamiento para registrar las condiciones dentro de los motores, así como la ubicación precisa de la aeronave en relación con los micrófonos.

“En la aeronave, utilizamos un sistema GPS de posicionamiento preciso de alta gama y sensores que registraron las temperaturas del motor, las presiones y las condiciones de escape”, dijo Henderson. “Todo estaba marcado con fecha y hora, por lo que en cada momento que volaba la aeronave, sabíamos exactamente dónde estaba y cómo funcionaban los motores”.

Después de los vuelos, los modelos a escala de los motores del Learjet se probaron una vez más en las plataformas de prueba en Nasa Glenn, esta vez con el mismo motor y condiciones de vuelo experimentadas durante la prueba de vuelo. Los investigadores están en el proceso de verificar sus datos de prueba en tierra.

Con esta información nueva y mejorada, los investigadores producirán la herramienta de modelado predictivo que, junto con otras investigaciones, puede ayudar al gobierno, la industria y la academia a trabajar para marcar el comienzo de una nueva era de viajes supersónicos comerciales aceptables públicamente.