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Com regras ainda a serem escritas, aeronaves ainda a serem testadas e percepções do público ainda a serem determinadas, o ruído das aeronaves apresenta questões complexas para os fabricantes de mobilidade aérea avançada.
As reuniões do Grupo de Trabalho de Ruído (UNWG) de Mobilidade Aérea Urbana (UAM) da NASA e do Grupo de Trabalho Técnico de Acústica (ATWG) no Langley Research Center, Virgínia, em março, abordaram ferramentas e técnicas de medição de ruído de aeronaves . Também deu aos pioneiros da decolagem e aterrissagem vertical elétrica (eVTOL) um fórum para divulgar o progresso silencioso, embora os testes de ruído dos táxis aéreos urbanos tenham acabado de começar. O líder de engenharia da Textron eAviation, JD Terry, descreveu o táxi aéreo Nexus tilt-prop em seu portfólio elétrico e observou que as aeronaves normalmente usam aeroportos construídos fora das cidades. “O que é único nisso é que estamos tentando começar nas cidades, em áreas mais populosas… Mantê-las o mais silenciosas possível será um dos requisitos [principais] para obter aceitação.”
United Airlines e Archer Aviation já anunciaram planos para ligar o Aeroporto Internacional de Newark com a parte baixa de Manhattan e o Aeroporto Internacional O’Hare com o Chicago Loop em 2025 com os táxis aéreos Archer’s Midnight. O Midnight totalmente elétrico usa seis hélices basculantes e seis hélices apenas de elevação para decolar e pousar verticalmente e acelerar para elevação de asa fixa para atingir velocidades de cruzeiro de 139 nós (267 km/h). De acordo com o gerente de acústica da Archer Aviation, Ben Goldman, o ruído da aeronave em altitudes de cruzeiro de 1.500 a 2.000 pés (450 a 600 m) não deve ser audível em relação ao ruído de fundo da cidade. Planos ambiciosos exigem que a primeira “aeronaves em conformidade” voe no início de 2024 e obtenha a certificação de aeronavegabilidade no final do mesmo ano. Com sucessivas inserções de tecnologia, Goldman reconheceu: “Este primeiro veículo será o nosso pior; todos os outros melhoram a partir daí.
Teste antecipado
A NASA acaba de começar a testar os ruídos desses táxis aéreos não convencionais. Como parte da Campanha Nacional da agência, a Joby Aviation voou seu protótipo S4 de seis propulsores de inclinação sobre os microfones da NASA na Califórnia. Sobrevoos a 60 e 100 kt (110 e 185 km/h) mediram o ruído de baixa frequência induzido por hélices inclinadas e o ruído dominante de alta frequência de interações com as superfícies da asa e da cauda. O áudio do flyover documentou a notável diferença entre o táxi aéreo elétrico e os helicópteros comuns e aviões de asa fixa. O líder de dinâmica de fluidos computacional Joby e aeroacústica, Jeremy Bain, observou que, até o momento, não há requisitos de ruído definidos para mobilidade aérea avançada (AAM). Ele disse: “Não acho que haverá um padrão nacional único para todos… É importante se comunicar com as comunidades”.
O táxi aéreo Archer Aviation Midnight pretende conectar aeroportos com centros de cidades em 2025. (Imagem Archer)
As simulações aeroacústicas computacionais da NASA concordaram com os dados de sobrevoo do Joby em baixas frequências, mas a mistura de fontes de ruído e fluxos de ar tornou as previsões menos certas em frequências mais altas. Uma única hélice do protótipo S4 de Joby entrou no túnel de vento no Ames Research Center’s National Full-Scale Aerodynamics Complex em fevereiro para isolar melhor as fontes de ruído e ajudar os pesquisadores a entender o impacto acústico de hélices de rotação variável, interações de fuselagem e efeitos de proteção e dispersão . Os testes do multicóptero Moog SureFly eVTOL no NASA Glenn Research Center neste verão medirão o ruído em altitudes superiores a 15 pés (4,5 m), primeiro em voo pairado e depois em voo para a frente.
A NASA Langley iniciou testes de túnel de vento aeroacústico de baixa velocidade de hélices basculantes de três e cinco pás no ano passado no túnel de vento de 14 por 22 pés (4,3 por 6,7 m) e procura melhorar as ferramentas usadas para prever a banda larga ruído dos proprotores em voo axial. Um novo suporte de teste proprotor mede cargas multi-eixos em diferentes ângulos de inclinação e guinada e em uma variedade de configurações coletivas de hélice. Os testes subsequentes em 2025 executarão tiltprops em diferentes ângulos de incidência com um novo conjunto de microfones em fases.
Da mesma forma, a percepção do ruído público exige novas ferramentas que possam medir o quão irritante o ruído do táxi aéreo pode ser em diferentes configurações nos Estados Unidos. Damon Joyce, do National Parks Service Grand Canyon Quiet Technology Incentive, observou que o nível de aborrecimento do observador associado ao ruído de helicópteros e aviões é percebido como diferente, mas a diferença não é comprovada estatisticamente. Os pesquisadores da NASA descobriram que o ruído do drone era mais irritante do que o ruído do veículo terrestre do mesmo nível. Para testar os níveis de aborrecimento em diferentes regiões, o UNWG da NASA desenvolveu em outubro passado um teste psicoacústico remoto que usava fones de ouvido para replicar o ruído do táxi aéreo pessoalmente. O objetivo é reunir sons de veículos AAM e avaliar a resposta humana em localidades nos Estados Unidos.
O pesquisador sênior da NASA Langley para aeroacústica, Dr. Stephen A. Rizzi, lidera o UNWG com Brenda Henderson no NASA Glenn Research Center. O UNWG foi estabelecido em 2018 para criar e apoiar uma comunidade de especialistas em acústica da indústria, academia e agências governamentais para identificar, discutir e abordar questões de ruído associadas aos veículos UAM e suas operações. Desde a sua criação, as reuniões semestrais do UNWG têm atraído regularmente mais de 300 participantes de mais de 125 organizações em mais de uma dúzia de países. Seu white paper de consenso de 2020, intitulado “Urban Air Mobility Noise: Current Practice, Lacunas e Recomendações”, serviu como um roteiro para a coordenação de atividades que abordam um conjunto de metas de alto nível destinadas a abordar as barreiras associadas ao ruído UAM que podem impedir a entrada do veículo em serviço.
O painel do workshop e as perguntas dos especialistas mostraram que a indústria também está enfrentando a complexidade acústica dos táxis aéreos elétricos. Embora os helicópteros Bell, as hélices McCauley e as aeronaves executivas Textron Aviation fornecessem bancos de dados de ruído Textron eAviation aplicáveis ao táxi aéreo Nexus, Terry observou: “O que estamos prevendo [versus] o que realmente estamos vendo, é isso que precisamos para seguir em frente o teste resiste e entende. Acreditamos que nossos bancos de dados internos vão funcionar e vão funcionar bem, mas, novamente, eles não foram validados.” Terry acrescentou: “Nosso palpite agora é que a decolagem para nós será a mais barulhenta”. Ele admitiu: “Precisamos colocar a aeronave no ar e descobrir isso”.
Joby’s Bain disse na conferência de Langley que o táxi aéreo de sua empresa registrou ruído pairado de apenas 45 dBA com observadores a 1.640 pés (500 m) de distância e ruído de decolagem de apenas 65 dBA a 330 pés (100 m) de distância. “Ele tenta se misturar com o ambiente, realmente um salto quântico dos helicópteros.” Joby testou uma variedade de pás de hélice para atingir a menor velocidade de ponta e equilibrar baixo ruído e melhor desempenho. A empresa planeja publicar alguns dados para agências selecionadas para validar suas ferramentas acústicas.
Uma captura de tela do vídeo “sound parade” de Joby, comparando o nível de ruído e a qualidade tonal de seu S4 com aeronaves existentes. (Joby)
De acordo com o engenheiro aeroacústico da Lilium , Till Heinemann, o jato com dutos de sua empresa, com 30 ventiladores basculantes em seu canard e asas principais, será especialmente silencioso no modo de cruzeiro. Até agora, a empresa voou duas aeronaves de teste com cerca de um terço do tamanho do veículo de produção. Heinemann disse: “Temos compartilhado muitos dados com a EASA”, a Agência de Segurança da Aviação da União Européia. Ele acrescentou: “Sabemos que o mais alto é a transição da fase de pairar para o voo de avanço”. Heinemann disse que os desenvolvedores de AAM precisavam de novas abordagens de modelagem para capturar efeitos dinâmicos em manobras e investigar a geometria do duto com campos de fluxo dinâmicos e assimétricos.
Goldman, da Archer, disse que a empresa avaliou o ruído de motores isolados sem hélices instaladas para entender melhor as fontes de ruído contribuintes. Sua empresa usou a ferramenta de modelagem aerodinâmica DUST da Politécnica de Milão e PSU-WOPWOP da Penn State para prever o ruído. Goldman disse: “No momento, estamos focados em nosso ruído de decolagem e pouso, então queremos encontrar um bom conjunto de ferramentas para decolagem e pouso”. Goldman também desejava ferramentas para quantificar a percepção de ruído da comunidade e melhores instrumentos de monitoramento de ruído em voo para entender melhor as diferentes fontes.
A unidade Supernal da Hyundai estudou as diferentes interações de vórtices de lâmina de seu táxi aéreo SA-1 tiltrotor, mas o engenheiro acústico líder Yahia Ismail observou que o trabalho no ruído da cabine gerado por vários rotores girando perto da fuselagem da aeronave será um foco significativo do conforto de condução da empresa pesquisar. Ismail disse que o objetivo do Supernal é o ruído da cabine do avião. Ele observou que os desenvolvedores de AAM precisam de melhores matrizes de microfone para seu trabalho de teste. Ele disse ao público do workshop: “Depois de iniciarmos a produção, não nos importamos em compartilhar dados”.
Os membros do painel da AAM estavam preocupados com o fato de que os atuais requisitos regulamentares de ruído podem não ser relevantes para a maneira como os táxis aéreos podem operar. Ismail, da Supernal, disse que espera que requisitos mais rigorosos sejam implementados com o tempo e observou: “Sempre haverá um compromisso entre o desempenho e o ruído… Se trouxermos aeronaves para o mercado [que são] muito barulhentas, não queremos que o barulho seja o fator decisivo.”
Goldman, da Archer, observou que a indústria precisa de regulamentações melhores do que os limites FAA Part 36 Stage 2 estabelecidos em 1988. “Estou muito preocupado que a falta de rigor permita que [as operadoras] prejudiquem a aceitação do público. O público verá [os táxis aéreos] como algo barulhento voando por aí, e isso levará a restrições”.
Terry, da Textron eAviation, disse: “Para que esta indústria avance, terá que haver regulamentos de ruído. Não podemos ter essas coisas voando por toda parte o tempo todo, fazendo o tipo de barulho que tivemos no passado. Ele concluiu: “Se formos para lá, a segurança deve ser a maior prioridade. Depois disso, quão alto eles são? Vamos começar com o máximo de silêncio possível e acostumar o público em geral com [AAM]. Teremos que fazer isso primeiro ou mataremos nossa própria indústria”.