Calcul numérique de la réponse acoustique d'un aubage soumis à un sillage turbulent

Numerical calculation of the acoustic response of a blade-row impinged by a turbulent wake

• Auteur / Autrice : Vincent Clair
• Direction : Marc C. Jacob
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance le 26/11/2013
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique des fluides et acoustique (Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Schram
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Gourdain, Mathieu Gruber, Thomas Le Garrec, Cyril Polacsek
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gwénaël Gabard, Xavier Gloerfelt

Mots clés

Mots clés contrôlés

Turbulence de sillage

Bruit aérodynamique

Avions -- Turboréacteurs

Processus stochastiques

Mots clés libres

Aérocoustique

CAA

Méthodes stochastiques

Interaction rotor-stator

Aerocoustics

CAA

Stochastic methods

Rotor-stator interaction

Résumé

Le bruit généré par l'impact du sillage de la soufflante avec les aubes du redresseur est une source prédominante des turboréacteurs en conditions d'approche, et la composante à large bande contribue fortement au niveau sonore global. Une méthode numérique basée sur un code CAA résolvant les équations d Euler est développée dans cette thèse afin d'estimer le bruit d'interaction entre un sillage turbulent et un aubage de géométrie quelconque. Le sillage amont est modélisé à l'aide d'une méthode stochastique supposant un spectre de turbulence homogène isotrope et une représentation spatiale simplifiée du champ de vitesse. Ces fluctuations de vitesse sont injectées dans le code CAA via des conditions aux limites adéquates. La méthode ainsi mise en place est validée dans un premier temps sur des cas d'interaction avec une plaque plane en comparant les résultats numériques aux solutions du modèle d'Amiet. Un chaınage avec une méthode intégrale est aussi réalisé pour estimer le rayonnement acoustique. La méthode numérique est ensuite mise en œuvre pour simuler la réponse acoustique d'un profil isolé avec un bord d'attaque ondulé conçu et testé dans la soufflerie de l'ISVR dans le cadre du projet européen FLOCON. Enfin, la méthodologie est étendue à des configurations de grilles d'aubes annulaires en conduit. Après une étape de validation sur des cas monofréquentiels issus d'un benchmark CAA, des simulations large bande sont réalisées, tout d'abord sur une configuration de grille d'aubes sans incidence (écoulement axial uniforme) testée en soufflerie au LMFA, puis sur une configuration plus complexe de grille d'aubes non chargée en écoulement tournant proposée par Atassi

Noise generation due to the rotor wakes impinging the stator vanes is a dominant turbofan source at approach conditions, and the broadband noise component is significantly contributing to the overall level. A numerical method based on a CAA code solving the Euler equations is developped in this thesis in order to simulate the interaction noise between a turbulent wake and a vane row without geometry restrictions. The upstream turbulent flow is synthesized using a stochastic approach by considering an homogeneous isotropic turbulence spectrum model and a simplified spatial representation of the velocity field. These velocity gusts are injected in the CAA code by implementing a suited boundary condition. The present methodology is first va- lidated against turbulence-flat plate interaction cases, by comparing the numerical predictions to Amiet model solutions. A chaining with an integral formulation is also performed to assess the acoustic far-field. Then, the method is used to estimate the acoustic response of an isolated airfoil with a wavy leading egde, designed and tested in ISVR wind tunnel in the framework of European FLOCON project. Finally, the computations are extended to ducted annular grid configurations. After a validation step on single-frequency cases described in a CAA benchmark, broadband noise simulations are performed, firstly on a flat-plate annular grid in a uniform axial flow tested in the LMFA wind tunnel, and then on a more complex configuration related to an unloaded grid in a swirling mean flow proposed by Atassi