¿Por qué los motores de los aviones ligeros son tan ruidosos?

Los motores podrían volverse más silenciosos con la simple solución de agregar un silenciador (o silenciador, como se le llama en algunos lugares). Están disponibles para muchos modelos y se pueden instalar, a un costo astronómico. Las piezas y la mano de obra son bastante baratas, son los costos de certificación los que hacen que duela tanto. Cuesta mucho dinero desarrollar y certificar piezas para aviones. Los silenciadores no son obligatorios, y debido a que son tan costosos de instalar, la mayoría no lo hace porque los costos superan los beneficios: cuesta mucho menos comprar un auricular de reducción activa de ruido decente.

Las hélices son una gran fuente de ruido y existen diseños más silenciosos para muchas aeronaves; sin embargo, deben estar certificadas con un motor y modelo de avión en particular y esos costos se suman.

Las reglas de certificación actuales están ahí para mantener las cosas seguras, en algunos casos pueden sofocar la innovación. Es por eso que todavía tenemos motores con carburador con controles manuales de mezcla en lugar de inyección de combustible computarizada y turbonormalización.

En cuanto a cuál es el entrenador más silencioso, no creo que haya una respuesta definitiva, ya que no conozco una fuente de mediciones de ruido de aviones ligeros, y cualquier avión puede usarse como entrenador. De los aviones ligeros certificados que se usan comúnmente para entrenamiento primario, el Diamond DA20 Katana es el más silencioso que se me ocurre, porque es mucho más liviano que los Cessnas y Pipers más comunes y, por lo tanto, usa un motor y una hélice más pequeños. Un motor y una hélice más pequeños generalmente significan menos ruido. Los aviones con motor turbodiésel como los Diamond DA-40 son más silenciosos porque el turbo amortigua el ruido del escape.

Los aviones de aviación general propulsados ​​por hélice son mucho más ruidosos que los automóviles. Ningún piloto vuela sin auriculares porque el ruido hace que sea imposible comunicarse con el suelo o con otros pilotos. Los niveles máximos superan los 100 db y el promedio continuo ronda los 85 db, lo que es perjudicial para la audición sin protección. Los gráficos anteriores que muestran el ruido de llegada y salida son para aviones a reacción, no para aviones ligeros en la pregunta del OP.

Hay dos fuentes de ruido externo, la hélice y el escape del motor.

El ruido de la hélice es causado por sus puntas que se acercan a una velocidad supersónica. La energía utilizada para producir ruido se desperdicia, por lo que pensaría que sería útil reducir la velocidad. Desafortunadamente, la mayoría de los aviones de pistón tienen accesorios fijados directamente a sus cigüeñales por simplicidad y confiabilidad. Estos motores ya están girando lentamente (en comparación con los motores de los automóviles) cuando producen toda su potencia, por lo que reducir su velocidad aún más reduce la eficiencia de la combustión más rápido de lo que se recupera mediante una mayor eficiencia de propulsión debido a la reducción del ruido.

El ruido de escape se produce en los aviones de la misma manera que en los automóviles. Sin embargo, el motor de avión típico utilizado en los entrenadores mencionados por el OP es un cuatro cilindros que gira más lentamente, por lo que los eventos de combustión necesarios para generar alta potencia son dos o tres veces mayores. Su automóvil econobox típico tiene un motor de 2 litros, mientras que el motor de avión aquí es de casi 6 litros. En consecuencia, el ruido del escape es de dos a tres veces más alto, no amortiguado y más difícil de silenciar debido a las frecuencias más bajas producidas por el motor lento. El peso es caro en un avión. Los silenciadores son pesados ​​y reducen la potencia del motor aún más pesado, por lo que la solución mínima aceptable es la que se usa.

La mejor manera de reducir el ruido del motor es utilizar un motor eléctrico que no tenga impulsos de combustión que suprimir. El Pipistrel Alpha Electro es un entrenador que hace precisamente eso. La hélice también tiene un tamaño tal que las puntas se mantienen entre Mach 0,5-0,6 durante el funcionamiento, lo que mantiene bajo el ruido de la hélice. Con solo 60 db , es mucho más silencioso que un avión de pistón.

electro alfa

Engranar un apoyo para permitir que gire más lento y mejores silenciadores podría reducir sustancialmente el ruido. Estos serían pesados ​​y aumentarían el costo no solo de adquisición, sino también de uso, ya que ese peso debe transportarse a todos lados donde va el avión. El piloto aún necesitaría protección auditiva debido al ruido del viento en la cabina, que no se aborda porque no formaba parte de la pregunta del OP.

Editado para aclaración debido a los útiles comentarios a continuación.

En general, la mayoría de los aviones livianos no son dramáticamente más ruidosos que la mayoría de los automóviles (consulte la Circular de ruido estimado del avión en la página 140 y Ruidos del interior del automóvil ). Sin embargo, lo que marca la diferencia es cómo los humanos perciben estos ruidos. Si por ejemplo una persona se para junto a un motor de avión y un motor de coche al mismo nivel sonoro veremos que el principal problema del motor de avión es que la mayoría de las veces emite ruidos "molestos" que provocan incomodidad. ¡Así que es importante no confundir los ruidos molestos con los dB altos!Otro punto a considerar es que durante la aproximación -como es el caso del OP- el ruido del avión tiene menos obstáculos que cuando el avión está en tierra resultando en la mayoría de los casos en una menor atenuación del sonido y mayores niveles de sonido recibido.

¿Pueden estos motores de pistón volverse más silenciosos? Claro que pueden y un silenciador es una cosa que ayudaría.

Muchos aviones pequeños no tienen silenciadores para ahorrar costos, espacio, rendimiento del motor, peso y mantenimiento adicional.

Pero igualmente, bastantes aviones pequeños tienen silenciadores por razones adicionales relacionadas con las temperaturas de escape y, sin embargo, emiten cantidades excesivas de ruido. ¿Por qué? porque el motor no es la única fuente de ruido en el avión.

Sin embargo, desde el punto de vista del fabricante, uno debería preguntarse si es necesario aumentar los costos operativos y de diseño para este fin. Una vez que el avión despega, no hay necesidad real de hacerlo de todos modos. Y si vamos un paso más allá y consideramos las regulaciones, vemos que dado que los ruidos están dentro de los márgenes aceptables , no hay una necesidad real de hacer cumplir la supresión y, por lo tanto, los fabricantes no necesitan agregar este costo adicional y cambios de diseño a sus aviones.

Además, los aviones tienen fuentes de ruido adicionales como resultado de su interacción con el aire, como puede ver en el siguiente diagrama de la OACI :