¿Pueden ser “respetuosos con el medio ambiente” los estampidos sónicos?
Por Noel Brown, Director de Programa, Dinamarca
13 Jan 2010
Los fabricantes de aviones están revisando los efectos en tierra de los vuelos supersónicos. Pero ¿cómo conseguir que los aviones supersónicos sean más respetuosos con el medio ambiente?
|
Aerospace | Tecnología
|
|
|
JAXA y Brüel & Kjær unen fuerzas para medir las explosiones sónicas
 |
| Ampliar imagen | | Un F/A 18 Hornet rompiendo la barrera del sonido. El halo blanco está formado por gotas de agua condensada. [Foto de John Gay por cortesía de la Armada de EE.UU.] |
|
Brüel & Kjær y JAXA unen fuerzas en un proyecto de investigación para medir los estampidos sónicos. El sistema ABBA para estampido sónico de JAXA y el sistema de adquisición y análisis de datos basado en PULSE LAN-XI de Brüel & Kjær estudian los efectos de los estampidos sónicos en edificios.
Cuando el Concorde rompió por primera vez la barrera del sonido en los años setenta, se le prohibió volar a velocidades supersónicas sobre tierra porque la onda expansiva de su explosión sónica podía romper cristales y su ruido causar molestias considerables al público. Ahora, los fabricantes de aviones están valorando de nuevo los vuelos supersónicos sobre tierra. Pero ¿cómo conseguir que los aviones supersónicos sean más respetuosos con el medio ambiente?
Para que los aviones puedan volar sobre tierra a velocidades supersónicas es necesario que no produzcan ningún impacto significativo en nuestras vidas cotidianas. Para cuantificar ese impacto es preciso responder a varias preguntas:
· ¿Qué nivel de estampido sónico es aceptable?
· ¿Qué relación hay entre las impresiones psicológicas y la métrica física del sonido?
· ¿Qué efectos tienen los estampidos sónicos en el interior de los edificios?
Con este fin, JAXA y Brüel & Kjær han acordado realizar una investigación conjunta sobre sistemas de medición del estampido sónico. JAXA está investigando activamente estos fenómenos para comprender los estampidos sónicos y sus efectos en el medio ambiente. Los conocimientos y experiencia de JAXA en la investigación y análisis del estampido sónico, unidos al know how de Brüel & Kjær en equipos y principios de medición de ruido y vibraciones, constituyen una asociación perfecta para el estudio del estampido sónico. Las recientes pruebas realizadas en Suecia tenían la finalidad de estudiar los efectos del estampido sónico en el interior de los edificios. Aunque el ruido directo audible de un estampido sónico se puede reducir filtrándolo a través de la estructura del edificio, las paredes y ventanas pueden vibrar, generando un ruido añadido en forma de repiqueteo o similar. “¿Producen mayores impactos los estampidos sónicos que otros tipos de ruidos?”
ABBA en Suecia
| “La experiencia de Brüel & Kjær en la medición de ruido y vibraciones complementa la experiencia práctica de JAXA en este tipo de aplicaciones”. |
JAXA (Agencia japonesa de exploración aeroespacial) está buscando tecnologías que reduzcan drásticamente las molestias de las explosiones sónicas. Para ello, JAXA ha estado probando su sistema de ensayo de estampidos sónicos a escala real en un remoto centro de pruebas ubicado al norte de Suecia. JAXA invitó a Brüel & Kjær a colaborar en la medición con un sistema basado en PULSE LAN-XI, para comparar el sistema de Brüel & Kjær con su propia solución para explosiones sónicas: el sistema ABBA (Adquisición de Estampidos en Dirigible Aerotransportado, siglas en inglés).
El sistema ABBA se utilizará en las pruebas de vuelo del Demostrador de Tecnología Supersónica Silenciosa (S3TD) de JAXA.
El edificio de ensayos
El lugar de la prueba se creó para medir los estampidos sónicos dentro y fuera de un edificio, aparte de la vibración de los muros y ventanas.
Equipamiento:
· Sistema LAN-XI Tipo 3050
· 4 micrófonos de ½ pulgada, Tipo 4193, tanto dentro como fuera del edificio
· 2 micrófonos de superficie, Tipo 4948
· 4 acelerómetros ICP Tipo 4508
· Generador IRIG-B
JAXA midió también los estampidos sónicos por encima del nivel del suelo hasta una altitud de 1000 metros, empleando para ello un dirigible hinchable del que colgaban micrófonos de medición y un registrador de datos.
 |
| El equipo delante del dirigible: Shigemi Shindo, Yoshikazu Makino, Yusuke Naka y Keiichi Okai de JAXA, Katsuya Shimizu de la Universidad de Nagoya, Rémi Gustavinio y Flemming Schultz Larsen de Brüel & Kjær, y Anders Jønson, Director del proyecto NEAT | Ampliar imagen |
|
Configuración de la medición
Los aviones son caros de manejar y necesitan repostar combustible, por eso en las pruebas in situ como estas, la sincronización es esencial para adaptarse a la ventana de trabajo. Un breve experimento de medición requiere muchos preparativos. Por ello, la rapidez y facilidad de configuración es muy importante. La climatología puede influenciar poderosamente el momento adecuado para los ensayos y generalmente sólo se dispone de unas pocas horas para preparar los sistemas.
La facilidad de uso y rapidez de configuración del sistema LAN-XI se presta admirablemente a un reto de este tipo:
-
TEDS – Hoja de datos electrónica del transductor,
- Los módulos de entrada soportan transductores TEDS. Esto permite configurar automáticamente el sistema de adquisición y el analizador basándose en la información guardada en el transductor; por ejemplo, sensibilidad, número de serie, fabricante y fecha de calibración.
-
Dyn-X:
- Dyn-X proporciona módulos de entrada con un único rango de análisis superior a 160 dB. Eso elimina la necesidad de utilizar un atenuador de entrada para adaptar el rango de adquisición del sistema de análisis a la salida del transductor.
-
POE - Power Over Ethernet
- PoE permite transportar el suministro eléctrico necesario para cada módulo a través de cables LAN, en vez de emplear cables de alimentación separados. Con ello se reduce al mínimo el cableado necesario, reduciendo el coste y el tiempo de parada, además de facilitar el mantenimiento y permitir más flexibilidad de instalación.
-
PTP – Precision Time Protocol
- El protocolo PTP hace posible sincronizar los relojes de los componentes del sistema con una precisión superior al microsegundo. Proporciona la capacidad de utilizar cualquier módulo LAN-XI como un módulo independiente, dentro de un marco o en un sistema distribuido. Es posible efectuar mediciones de alta precisión a través de grandes distancias con una sola conexión LAN, y los módulos se pueden colocar cerca del objeto de medición.
-
CIC – Calibración por Inserción de Carga
- Facilita la calibración del micrófono y la verificación del sistema
- Escucha de las señales – permite verificar las mediciones mientras se están produciendo
Las dificultades de medir un estampido sónico
Un avión que vuela a una velocidad superior a la del sonido produce un ruido parecido a un trueno, llamado explosión sónica o estampido sónico. Cuando el avión va volando crea una serie de ondas de presión por delante y por detrás, que viajan a la velocidad del sonido. Cuando el avión sobrepasa la velocidad del sonido, las ondas se ven forzadas a unirse, o comprimirse, porque no pueden “esquivarse” unas a otras. Finalmente se unen en una sola onda de choque que produce el estampido.
Esta subida acusada de la presión en el morro del avión desciende uniformemente hasta alcanzar una presión negativa en la cola, seguida de un súbito retorno a la presión normal después de que pase el objeto. Este “perfil de sobrepresión” se conoce como onda N, debido a su forma. El “estampido” se experimenta cuando se produce un cambio súbito de presión; por eso la onda N causa dos estallidos, uno cuando se produce el ascenso inicial de presión desde el morro y otro cuando pasa la cola y la presión desciende súbitamente al nivel normal. El resultado es el típico “doble estampido” del avión supersónico.
La medición y el análisis de un estampido sónico es un problema complicado, que impone unos niveles de exigencia muy altos al equipo de medición. El estampido sónico se caracteriza por ser simultáneamente un ruido fuerte, de baja frecuencia e impulsivo. El incremento de presión a través de las ondas de choque tiene lugar en un tiempo muy breve –del orden de unos pocos milisegundos– y el pico de sobrepresión suele estar en general entre 50 y 100 Pa. Es de baja frecuencia porque la mayor parte de su espectro de frecuencia está en la banda infrasónica o de baja audibilidad (1-30 Hz).
La curva muestra una comparación de las mediciones hechas por JAXA con las de Brüel & Kjær. ¡La comparación es asombrosamente buena!
 |
| Onda N medida por los sistemas JAXA/Brüel & Kjær. La onda N causa dos estampidos, uno cuando se produce el ascenso inicial de presión desde el morro, y otro cuando pasa la cola y la presión desciende súbitamente al nivel normal. | Ampliar imagen |
|
Lea las últimas noticias sobre industria...
