Identification de sources aéroacoustiques au voisinage de corps non profilés par formation de voies fréquentielle et temporelle

Identification of aeroacoustic sources on bluff bodies by time-domain and frequency-domain beamforming

• Auteur / Autrice : Jeoffrey Fischer
• Direction : Laurent-Emmanuel Brizzi, Vincent Valeau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance le 12/03/2014
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Pôle poitevin de recherche pour l'ingénieur en mécanique, matériaux et énergétique - PPRIMME (Poitiers)
• Partenaire(s) de recherche : faculte : École nationale supérieure d'ingénieurs (Poitiers ; 1984-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Christophe Valière
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent-Emmanuel Brizzi, Vincent Valeau, Vincent Fleury
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Régis Marchiano, Jacques Lewalle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aéroacoustique

Mots clés libres

Aéroacoustique expérimentale

Localisation de source acoustique

Marche montante

Tourbillon conique

Formation de voies

Intermittence acoustique

Ondelette

Experimental aeroacoustics

Sound source localization

Forwardfacing step

A-Pillar vortex

Beamforming

Acoustic intermittency

Wavelet

Résumé

La localisation de sources aéroacoustiques sur les corps automobiles est actuellement un sujet d’intérêt majeur pour les industriels. Le traitement d’antenne microphonique par formation de voies (beamforming) est une méthode robuste, classiquement utilisée dans ce cadre. L’objectif principal de ce manuscrit concerne ainsi la détection de sources aéroacoustiques sur des corps non profilés. Deux configurations expérimentales sont envisagées : une marche montante qui représente un cas académique, et un corps tridimensionnel générant des structures tourbillonnaires de type montant de baie se rapprochant du cadre de l’industrie automobile. La localisation de sources par formation de voies classique a permis d’identifier, pour différentes gammes de fréquence, les principales régions d’émission acoustique, à savoir : les zones tourbillonnaires amont et aval sur la marche et les montants de baie latéraux sur le corps tridimensionnel. De plus, des tendances similaires dans les mesures de pression pariétale fluctuante et de pression acoustique en champ lointain ont été observées. L’étude s’est ensuite dirigée vers la détection d’intermittences acoustiques afin de déterminer dans quelle mesure, à l’instar du bruit de jet, le bruit d’écoulement en présence d’obstacle présente un caractère intermittent. Un processus de seuillage sur le champ lointain mesuré a permis de sélectionner des événements représentant 80% de l’énergie du signal original et 20% de sa durée sur les deux configurations. Une méthode de formation de voies temporelle, en lien direct avec la technique de retournement temporel, a été développée afin de réaliser une imagerie de sources aéroacoustiques en fonction du temps.L’utilisation de cette technique permet de montrer que les événements sélectionnés à partir du seuillage correspondent à des sources intermittentes dont on peut déterminer les lieux et les instants d’émission (obéissant à une distribution statistique Gamma). Le bruit aéroacoustique généré par les corps non profilés considérés dans cette étude peut donc être vu comme une succession d’événements intermittents identifiables. Enfin, la reconstruction des signaux acoustiques à partir d’une famille d’ondelettes a été effectué. Les spectres du signal original et filtré sont fortement semblables, une différence de l’ordre de 10% ayant été observée entre eux pour les deux maquettes, confirmant l’importance des événements intermittents dans le rayonnement aéroacoustique des corps non profilés.

The localization of aeroacoustic sources of automotive bodies is currently a topic of major interest to industry. Beamforming is a robust method typically used in this context. The main objective of this thesis relates to the detection of aeroacoustic sources on bluff bodies. Two experimental configurations are considered : a forwardfacing step that is an academic event, and a three dimensional bluff body generating A-pillar vortices approaching the automotive industry. Source localization through classical beamforming has enabled to detect the main regions of acoustic emission for different frequency ranges, namely : upstream and downstream vortices around thestep and A-pillar vortices generated on both sides of the 3D bluff body. In addition, relationships have been observed between wall pressure fluctuations and acoustic field radiated. The study was then directed to the detection of intermittent acoustic events to determine whether, like jet noise, the noise radiated by an obstacle in the flow is composed of intermittent signatures. A thresholding process on the far field measurements was used to select events representing 80% of the energy of the original signal and 20% of its time for both configurations. A time-domain beamforming algorithm, directly linked to the time reversal technique, has been developed to achieve a spatio-temporal information about the intermittent noise sources. The use of this technique has proved that the events selected with the tresholding technique correspond to intermittent acoustic sources which space and time informations canbe determined (they follow a Gamma distribution). The aeroacoustic noise radiated by the bluff bodies considered in this study can therefore be seen as a succession of intermittent events that can be identified. Finally, the reconstruction of intermittent acoustic signals using a family of wavelets was performed. The Fourier spectra of the original and reconstructed signals are highly similar, a difference of about 10% was observed, confirming the importance of intermittent events in the noise radiated by bluff bodies.