Silencioso y eficiente: el nuevo Propeller Advance allana el camino para los aviones eléctricos

Airplane Propeller


Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Suecia han desarrollado un método para optimizar el diseño de la hélice que allana el camino para una aviación eléctrica silenciosa y eficiente.

La electrificación de la aviación se considera un elemento crucial para crear un futuro libre de combustibles fósiles. Sin embargo, la aviación eléctrica se enfrenta a un desafío: cuanto más eficiente energéticamente es el avión, más ruidoso se vuelve. Afortunadamente, los investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Suecia han ideado un diseño de hélice optimizado que abre la posibilidad de que la aviación eléctrica sea silenciosa y eficiente.

La electrificación se ha promocionado como un factor clave para mitigar las emisiones de la industria de la aviación en los últimos años. La principal área de interés para la electrificación son los aviones de hélice eléctrica de corto alcance, ya que presentan menos obstáculos en cuanto a limitaciones de alcance. Las hélices impulsadas por motores eléctricos se consideran el sistema de propulsión más eficiente para vuelos regionales y domésticos.

Pero si bien los aviones son eléctricos, las hélices provocan otro tipo de emisión: el ruido. El sonido de las palas de la hélice no solo molestaría a los pasajeros aéreos. Los futuros aviones eléctricos tendrán que volar a altitudes relativamente bajas, y la contaminación acústica llegará a las zonas residenciales y la vida animal.

Hua DongYao

Hua-Dong Yao, Profesor Asociado e Investigador en Dinámica de Fluidos y Tecnología Marina, Departamento de Mecánica y Ciencias Marinas, Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia. Crédito: Universidad Tecnológica de Chalmers | Henrik Sandsjö

Enfrentando un dilema de compensación

Aquí es donde la comunidad investigadora se enfrenta a un dilema. La ambición de desarrollar aeronaves eléctricas que sean a la vez silenciosas y energéticamente eficientes se ve algo frustrada por un problema de compensación.

“Podemos ver que cuantas más palas tiene una hélice, menores son las emisiones de ruido. Pero con menos palas, la propulsión se vuelve más eficiente y el avión eléctrico puede volar más tiempo. Eficiencia energética y ruido. Es una especie de barrera para los aviones eléctricos que son silenciosos y eficientes”, dice Hua-Dong Yao, profesor asociado e investigador en dinámica de fluidos y tecnologías marinas en[{” attribute=””>Chalmers University of Technology.

An optimized design for quiet and efficient propellers

But now, Hua-Dong Yao and his research colleagues may be one step closer to a solution. They have succeeded in isolating and exploring the noise that occurs at the tip of the propeller blades, or “tip vortices”, a known but less well-explored source of the noise. In isolating this noise, the researchers were able to fully understand its role in relation to other noise sources generated by propeller blades. By adjusting a range of propeller parameters, such as pitch angle, chord length, and a number of blades, the team found a way to optimize the propeller design and even out the trade-off effect between efficiency and noise. The method, described in the study published in the journal Aerospace, can now be used in the design process of quieter propellers for future electric aircraft.

“Modern aircraft propellers usually have two to four blades, but we’ve found that by using six blades designed using our optimization framework, you can develop a propeller that’s both relatively efficient and quiet. The propeller achieves a noise reduction of up to 5-8 dBA with only a 3.5 percent thrust penalty, compared to a propeller with three blades. That’s comparable to the noise reduction of someone going from speaking in a normal conversation voice to the sound you would perceive in a quiet room,” says Hua-Dong Yao.

  • A-weighted decibel (dBA or dB(A)) is an expression of the relative loudness of sounds as perceived by the human ear. A-weighting gives more value to frequencies in the mid-range of human hearing and less value to frequencies at the edges as compared to a flat audio decibel measurement. A-weighting is the standard for determining hearing damage and noise pollution.

Reference: “Blade-Tip Vortex Noise Mitigation Traded-Off against Aerodynamic Design for Propellers of Future Electric Aircraft” by Hua-Dong Yao, Zhongjie Huang, Lars Davidson, Jiqiang Niu and Zheng-Wei Chen, 15 December 2022, Aerospace.
DOI: 10.3390/aerospace9120825

The study was funded by the Transport Area of Advance at Chalmers University of Technology.

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