Contribution a la prevision du bruit rayonne par un rotor d'helicoptere en regime subsonique

Prediction contribution of the noise radiated by a helicopter rotor at subsonic speed

• Auteur / Autrice : Patrick Gnemmi
• Direction : Gérard Lassau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Mécanique
• Date : Soutenance en 1993
• Etablissement(s) : Paris, CNAM

Résumé

Depuis un quart de siecle, on constate une croissance constante dans l'utilisation des helicopteres dans les domaines civil et militaire. Le survol des agglomerations a eu comme consequences d'alterer le public pour des raisons de pollution sonore, tandis que le probleme de la detection acoustique des helicopteres a sensibilise les instances de la defense nationale. C'est pourquoi, ces deux aspects ont entraine un accroissement des activites de recherches et de technologies dans le domaine des helicopteres, particulierement aux etats-unis et en europe, afin de reduire leurs bruits rayonnes. L'etude bibliographique relative a l'aeroacoustique des helicopteres fait ressortir une quasi-absence de programme de prevision du bruit des rotors, malgre une assez bonne connaissance des mecanismes de sa generation. Depuis 1985, l'institut franco-allemand de recherches de saint-louis (isl) entreprend des recherches en aerodynamique et en acoustique afin de prevoir le bruit des rotors. Dans la presente etude, on s'est particulierement interesse au programme acoustique qui est fonde sur l'etude theorique du bruit rayonne par des surfaces en mouvement. On aboutit a l'equation de lighthill completee au second membre par des termes qui expriment les conditions aux limites presentes sur la surface du corps en mouvement. La resolution de cette equation de ffowcs williams et hawkings fournit l'expression des bruits d'epaisseur et de charge, la contribution du bruit quadripolaire n'etant pas prise en compte, pour l'instant. L'application de cette theorie au cas de l'helicoptere necessite de le modeliser aussi parfaitement que possible. Cette modelisation, prenant en compte tous les mouvements des pales d'un rotor en translation rectiligne uniforme, aboutit a l'elaboration d'un programme de prevision des bruits d'epaisseur et de charge d'un rotor, rotac. Le calcul acoustique s'effectue dans le domaine temporel car la formulation temporelle est la mieux adaptee au calcul des phenomenes tr es impulsifs rencontres en aeroacoustique des helicopteres. Le calcul est capable de traiter toutes les formes de pale et il est applicable aux rotors completement articules evoluant aux vitesses subsoniques. A cette etude theorique, l'isl a associe des etudes experimentales afin de confronter les aspects theoriques aux mesures. On a donc construit une maquette de rotor, simulant le vol stationnaire, capable d'atteindre un regime transsonique en extremite de pale. Cette installation permet d'effectuer des mesures acoustiques fiables et credibles. Dans le cas du vol stationnaire, lorsqu'on compare les calculs aux mesures dans le plan horizontal, le bruit d'epaisseur est tres bien prevu par rotac jusqu'au nombre de mach d'extremite de pale (m#h) valant 0,872. Au-dela de cette vitesse, il est necessaire de prendre en compte les effets transsoniques. Pour toutes les configurations etudiees (m#h inferieur ou egal a 0,96), le bruit d'epaisseur est correctement calcule sous le plan du rotor. Aux vitesses subsoniques etudiees, la contribution du bruit du aux charges stationnaires est negligeable dans le plan du rotor. Le bruit d'epaisseur calcule et le bruit mesure rayonnent identiquement et essentiellement dans le plan du rotor. Dans le cas du vol d'avancement, lorsqu'on compare les calculs aux mesures, le bruit d'epaisseur est correctement prevu jusqu'au nombre de mach maximal de l'extremite de la pale (m#a#t) voisin de 0,88. Pour les configurations de vol etudiees, presentant des interactions pale/tourbillon, le faible nombre de mesures de pression sur les pales ne permet pas de determiner completement les amplitudes du bruit de charge, mais ces donnees au programme rotac suffisent pour trouver une bonne concordance qualitative entre les calculs et les mesures. Les previsions acoustiques effectuees pour differentes applications montrent que la modelisation pseudo-tridimensionnelle retenue, pour evaluer les charges presentes sur un rotor, n'est pas suffisante pour caracteriser l'ecoulement complet autour de ses pales. Neanmoins, elle permet d'analyser les phenomenes lies au mecanisme de l'interaction pale/tourbillon. Par contre, la methode tridimensionnelle des reseaux tourbillonnaires (programme rotar developpe a l'isl) semble capable de fournir les donnees aerodynamiques necessaires au calcul acoustique, malgre quelques desaccords entre les calculs et les mesures, en particulier dans le plan du rotor. En conclusion, l'isl possede un programme de prevision des bruits d'epaisseur et de charge utilisable industriellement a condition de connaitre les donnees d'entree au calcul acoustique. Couple a un programme d'aerodynamique, il constitue un des maillons de la chaine aeroacoustique de prevision du bruit des rotors, cependant il souffre de l'absence de prise en compte du bruit quadripolaire, l'etude de ce bruit constitue la poursuite logique de ce travail