Experimental Investigation of Tandem Propeller Aeroacoustics in Hover Condition

The objective of this research is to understand the mutual influence of two propellers in a hovering state, varying their tip-to-tip distance and the disk-to-disk distance. The different configurations were studied throughout an experimental investigation conducted in a completely anechoic chamber. Acoustic data were collected using an array of 12 microphones arranged in a circle on the plane containing the propellers rotational axes. The result is that the performances slightly reduce with the propellers getting closer with a disk-to-disk distance fixed, and are not significantly affected by changing the distance between the disks. Indeed when the propeller blades overlap, the performances actually decrease. The aeroacoustic performances show an analogous trend, without overlapping, the generated noise is more or less the same for different tip-to-tip distance. However, as soon as the wake of the forward propeller interacts with the blades of the other propeller, in the staggered cases, the noise generation increases. The increase affects both the tonal and broadband components of the noise; in particular, the OASPL can increase by as much as 15dB from the farthest to the closest configuration. The enhancement in tonal peaks is due to the increasing thrust fluctuations, which translate into an increase in the loading noise. On the other hand, the increase in the broadband component is due to the presence of more vortexes since when there is overlapping, there is an increase in the TKE. Moreover, it was found that the co-rotating propellers perform better than the counter-rotating ones when they are close enough to each other and vice versa when they are far enough apart.

Questo studio ha come obbiettivo comprendere l'influenza che due propeller esercitano l'uno sull'altro al variare della distanza tra la punta e tra i dischi di rotazione delle pale. Le diverse configurazioni sono state studiate sperimentalmente in una camera completamente anecoica. I dati riguardanti l'acustica sono stati acquisiti tramite 12 microfoni posizionati in cerchio attorno ai propeller sul piano contenente l'asse di rotazione dei medesimi. Si è analizzato che le prestazioni si riducono man mano che i propeller vengono avvicinati lateralmente a distanza tra i dischi fissata, mentre un cambiamento in quest'ultimo valore non è rilevante. Le prestazioni vengono però notevolmente ridotte quando c'è sovrapposizione dei dischi siccome il propeller retrostante è catturato all'interno della scia dell'altro. Le prestazioni acustiche hanno a loro volta un trend analogo siccome senza sovrapposizione il rumore prodotto è all'incirca costante al variare della distanza relativa. Invece appena c'è sovrapposizione, nei casi in cui il valore della distanza tra i dischi non è nullo, il propeller retrostante interagisce con la scia dell'altro e l'impronta sonora registrata è nettamente superiore. L'aumento di intensità sonora è registrato sia nella parte tonale che nella parte a banda larga, in particolare il valore di OASPL aumenta fino a 15dB dalla configurazione con i propeller più lontani a quella di massima sovrapposizione. I picchi tonali aumentano a causa dell'aumento di fluttuazioni della spinta che si concretizzano in un aumento di rumore si loading. L'aumento nella componente di broadband è invece dovuto alla presenza più intensa di vortici, poichè, dove c'è sovrapposizione, si registra un aumento di TKE. Inoltre è stato constatato che che le configurazioni con i propeller corotanti sono più performanti delle controrotanti per basse distanze ed il trend si inverte nel caso di distanze maggiori.