Modélisation des éffets d'installation sur le rayonnement de turboréacteurs : Méthodes analytiques et numériques

par Johanna Chappuis

Thèse de doctorat en Acoustique

Sous la direction de Michel Roger.

Soutenue en 2007

à l'Ecully, Ecole centrale de Lyon .


  • Résumé

    L'apparition des technologies à fort taux de dilution et l'utilisation de traitements acoustiques ont réduit significativement le niveau de bruit des moteurs d'avion ces vingt dernières années. Cependant, les législations étant de plus en plus strictes, les modèles de prédiction de bruit se doivent d'être toujours plus précis et il n'est plus possible de négliger les interactions entre les ondes acoustiques t les surfaces de l'avion consécutives à l'installation des moteurs. Le travail présenté porte sur la modélisation de ces effets d'installation et l'évaluation de l'effet de la structure d'un avion sur le bruit rayonné par les entrées d'air et conduits d'éjection de turboréacteurs, avec pour objectif le développement d'outils pourla conception d'architectures capables de minimiser l'impact sonore au sol. Ces outils font appel d'une part à des méthodes de calcul analytiques fondées sur des géométries et des écoulements simplifiés permettant des études paramétiques souples et rapides, et d'autre part à des méthodes de calcul numériques indispensables pour tenir compte de conditions aerodynamiques et géométries réalistes. Analytiquement, les études de l'effet de la voilure et du fuselage ont été découplées, les mécanismes physiques impliqués étant différents dans les deux cas. La première méthode analytique, dédiée à la modélisation de la diffraction par les écrans plans, établit une solution exacte de l'équation d'ondes associée aux conditions aux limites rigides sur un demi-plan sans épaisseur. En présence d'un écoulement uniforme, l'influence de la prise en compte d'une condition de Kutta au bord de fuite d'un cyclindre dan l'approximation hautes-fréquences. L'approche numérique retenue pour l'étude des effets d'installation impliquant des domaines de grande taille acoustique, elle est fondée sur une décomposition de domaine et un principe de couplagefaible. La validité de la méthode est démontrée par comparaison à des essais en chambre sourde conduisant à un très bon accord avec les prédictions numériques. Par ailleurs, un nouveau modèle de source est proposé pour recréer artificiellement le comportement d'un mode (m,n) à l'extrémité d'un conduit à partir d'associations de monopôles: ceci améliore considérablement la prédiction du calcul de l'effet d'installatiosn par les méthodes analytiques.


  • Résumé

    Engine noise reduction has been achieved thanks to the use of high bypass ratio engines and to inlet and axhaust duct treatments made of adapted acoustical absorbing materials. However, facing more and more stringent requirements, noise prediction models have to be more and more accurate and it is nor possible anymore to neglect the interactions between acoustic waves and airplane surfaces due to engine installation effect. This work deals with modeling of these installation effects and theassessment of the effect of the plane on the acoustic raiation by turbofan inlet and exhaust ducts. The main objective is the development of prediction tools involve analytical methods based on simplified geometries and aerodynamic conditions. Analytically, the contributions wing and the fuselage have been separated, physics being different in both cases. The first analytical method is dedicated to the modeling of difraction by flat screens and calculates an exact solution of the wave equation associated with boundary conditions on rigid half-plane with no thicckness. In the presence of uniform flow, the theory of diffraction to calculate the diffracting effect of a cylinder under the high-frequency assumption. The considered numerical approach for installation effect stuy implying large size domains, it is base on a domain decomposition and a weak coupling principle. The method accuracy is demonstrated bu comparision with test campaign resukts leading to a good overall agreement with numerical predictions. In addition, a new source model is proposed to reproduce the behaviour of given mode (m,n) at the exit duct section by an association of monopoles: this considerably improves the installation effect prediction by analytical methods

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (257p.)
  • Notes : Thèse condidentielle jusqu'en 2017
  • Annexes : 91 références

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : T2089
  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : T2089 mag
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.