Tystare propeller banar väg för bättre elflygplan

De senaste åren har elektrifiering lyfts fram som en viktig del för att minska utsläppen från framtidens flyg. Framför allt är eldrivna propellerplan för kortare sträckor av särskilt intresse.

Men ett problem är att elplanens propellrar orsakar en annan typ av utsläpp, nämligen buller. Oljudet från propellerbladen skulle inte bara orsaka störningar för flygresenärerna. Framtidens eldrivna flygplan behöver flyga på ganska låg höjd och ljudstörningar skulle då även drabba bostadsområden och djurliv.

Effektivitet påverkas av antalet propellerblad

Det här gör att forskarvärlden står inför ett dilemma. Ambitionen att utveckla ett både och energieffektivt elflygplan grusas nämligen av en ofrånkomlig kompromiss.

– Vi kan se att ju fler blad en propeller har, desto lägre ljud ger den ifrån sig. Men med färre blad blir framdrivningen effektivare och det eldrivna flygplanet kan flyga längre. I den meningen finns det en ”trade-off” mellan energieffektivitet och buller som står i vägen för elflygplan som är både tysta och effektiva, förklarar forskaren Hua-Dong Yao vid Chalmers tekniska högskola.

Propellerns design förbättrades

Men nu kan Chalmersforskarna vara ett steg närmare en lösning. De har lyckats undersöka det buller som uppstår i spetsen av propellerbladen, de så kallade spetsvirvlarna. Det är en känd men ganska outforskad ljudkälla.

Genom att extrahera ljudet kunde forskarna förstå dess roll i förhållande till andra bullerkällor från propellerbladen. När de sedan justerade en rad parametrar, som till exempel antal blad samt bladets vinkel och bredd, lyckades forskarna hitta ett sätt att optimera propellerdesignen för att behålla effekten men minska bullret.

Elektrifiering är en viktig pusselbit för framtidens fossilfria flygtransporter.

Läs mer: När blir det grönt att flyga igen?

Metoden kan nu användas när tystare propellrar ska designas för framtida elflygplan.

– Idag har flygplanspropellrar vanligtvis två till fyra blad, men vi kunde se att genom att använda sex blad som är designade inom vårt optimeringsramverk kan man utveckla en propeller som är både relativt effektiv och tyst, säger Hua-Dong Yao och fortsätter:

– Propellern uppnår upp till 5–8 dBA* brusreducering med endast 3,5 procent reduktion i dragkraft, jämfört med en propeller med tre blad. Brusminskningen kan jämföras med ljudet från någon som pratar med tydlig röst i ett normalt samtal till bruset i ett tyst rum.

Studie:

Blade-Tip Vortex Noise Mitigation Traded-Off against Aerodynamic Design for Propellers of Future Electric Aircraft, Aerospace.

Kontakt:

Hua-Dong Yao, docent vid institutionen för mekanik och maritima vetenskaper, Chalmers tekniska högskola, huadong.yao@chalmers.se