Modélisation et identification par inférence bayésienne de matériaux poreux acoustiques en aéronautique

par Rémi Roncen

Thèse de doctorat en Dynamique des fluides

Sous la direction de Frank Simon et de Estelle Piot.

Le jury était composé de Frank Simon, Estelle Piot.


  • Résumé

    Les travaux de thèse gravitent autour de la thématique des matériaux poreux en aéronautique, et de la prise en compte de l'incertitude sur les caractérisations réalisées. Est envisagé l'ajout de matériaux poreux au sein des cavités de liners acoustiques, matériaux constitués d'une plaque perforée et d'une cavité fonctionnant sur le principe du résonateur de Helmholtz et majoritairement utilisés dans l'industrie aéronautique. Cet ajout est réalisé avec pour objectif d'augmenter l'étendue spectrale de l'absorption acoustique de tels matériaux et d'en améliorer le fonctionnement en présence d'un fort niveau sonore et d'un écoulement rasant.Pour répondre à cette problématique générale, deux grandes pistes sont suivies. Plusieurs études sont d'abord menées sur des matériaux poreux seuls, afin de déterminer les propriétés intrinsèques de leur micro-géométrie, nécessaires à l'utilisation des modèles semi-phénoménologiques de fluide équivalent adoptés par la suite. Pour cela, un outil statistique d'inférence Bayésienne est utilisé afin d'extraire l'information sur ces propriétés, contenue dans les signaux réfléchis ou transmis par un matériau poreux, et ce dans trois régimes fréquentiels distincts. De plus, une extension de la modélisation des matériaux poreux rigides est proposée, par l'ajout de deux paramètres intrinsèques reliés au comportement visco-inertiel du fluide intra-pores dans le régime des basses fréquences.Dans un second temps, l'impédance d'un liner, une propriété globale représentant le comportement acoustique de matériaux, est identifiée par inférence Bayésienne. Des données issues d'un benchmark de la NASA sont utilisées pour valider l'outil d'inférence développé, lorsque le matériau est en présence d'un écoulement rasant. Une extension des résultats au cas du banc B2A de l'ONERA est également réalisée, avec des mesures des champs de vitesses au dessus du liner, obtenues par LDV. Cette technique d'identification est par la suite utilisée sur un cas issu du B2A où un matériau poreux est présent au sein des cavités du liner, afin de mettre à jour l'influence du matériau poreux sur la réponse acoustique du liner en présence d'un écoulement rasant. Des mesures complémentaires en tube à impédance, sans écoulement et en incidence normale, sont également réalisées à différents niveaux sonores et pour diverses combinaisons de plaques perforées et de matériaux poreux, de façon à mettre en évidence l'influence de la présence d'un matériau poreux sur le comportement acoustique d'un liner soumis à de forts niveaux sonores.

  • Titre traduit

    Modelling and Bayesian Inference Identification of Acoustic Porous Materials in Aeronautics


  • Résumé

    The present work focuses on porous materials in aeronautics and the uncertainty considerations on the performed identifications. Porous materials are added inside the cavities of acoustic liners, materials formed with perforated plates and cavities, behaving as Helmholtz resonators, which are widely used in the industry. The aim is to increase the frequency range of the absorption spectrum, while improving the behaviour of liners to grazing flow and high sound intensity.This general topic is addressed by following two different leads.Porous materials were first considered in order to identify the intrinsic properties of their micro-geometry, necessary to the equivalent fluid semi-phenomenological models used later on. To achieve this, a statistical Bayesian inference tool is used to extract information on these properties, contained in reflected or transmitted signals, in three distinct frequency regimes. Furthermore, a modelling extension of rigid porous media is introduced, by adding two new intrinsic parameters related to the pore micro-structure and linked to the visco-inertial behaviour of the intra-pore fluid, at low frequencies.Then, the liner impedance, a global property representing the acoustic behaviour of materials, is identified through a Bayesian inference process. Data from a NASA benchmark are used to validate the developed tool, when the liner is subject to a shear grazing flow. An extension of these results to ONERA's B2A aeroacoustic bench is also performed, with measurements of the velocity profiles above the liner, obtained with a Laser Doppler Velocimetry technique. This identification technique is then further used for liner materials filled with porous media, to highlight the eventual influence of such a porous media on the acoustic response of the liner, when subject to a shear grazing flow. Additional measurements are permed without flow, at normal incidence, in a classical impedance tube. Different combinations of perforated plates and porous materials are tested at different sound pressure level, to evaluate the influence of the presence of porous media on the non-linear behaviour of liners when high sound pressure levels are present.


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