Modèle de bruit de jet de mélange basé sur l’acoustique géométrique pour la prédiction des effets d’installation

Jet mixing noise model based on geometrical acoustics for the prediction of installation effects

• Auteur / Autrice : Yann Martelet
• Direction : Christophe Bailly
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance le 05/03/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École Centrale de Lyon (1857-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique des fluides et acoustique (Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Yves Gervais
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Bailly, Maxime Huet, Nolwenn Balin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Ghader Ghorbaniasl, Steven A. E. Miller

Mots clés

Mots clés contrôlés

Jets

Avions -- Bruit

Mots clés libres

Bruit de jet

Acoustique géométrique

Effets d'installation

Jet noise

Geometrical acoustics

Installation effects

Résumé

Un modèle de prédiction du bruit de jet de mélange est développé dans l'objectif d'obtenir une estimation précise des effets de l'installation du moteur sur l'aile tout en maintenant un temps de calcul faible. Le modèle de prédiction de Tam et Auriault est utilisé comme point de départ. L'écoulement est simplifié en assimilant le jet à un milieu uniforme connecté au milieu ambiant, lui aussi uniforme, par une couche de mélange infiniment mince. La propagation des ondes sonore depuis le jet jusqu'à un observateur situé en champ lointain est ici simulée grâce à l'acoustique géométrique, utilisée dans ce milieu homogène par morceau. Le nouveau modèle est nommé TAGA pour Tam Auriault - Geometrical Acoustics.Le modèle TAGA est d'abord appliqué sur un cas académique, un jet simple sans gradient de température, placé à proximité d'une plaque plane. Le bruit de jet est prédit sur toute la gamme d'azimut, à un plan axial coïncidant avec la sortie de la tuyère. Moyennant une correction sur le niveau absolu, les résultats obtenus pour les microphones situés sous la plaque correspondent aux données expérimentales. Pour des observateurs positionnés au dessus de la plaque, les prédictions sont proches des mesures pour la gamme de fréquence correspondant au maximum du spectre. L'effet de masquage de la plaque est surestimé pour les plus hautes fréquences. Les résultats avec TAGA sont ensuite présentés d'une manière différente. La différence entre les spectres installés et isolés est ajoutée au spectre isolé mesuré. Cette méthode de mise à l'échelle permet d'obtenir une forme de spectre plus fidèle aux mesures. Un écart maximal, entre les prédictions et les données expérimentales, de 1 dB pour toutes les fréquences au-dessus de 1 kHz est obtenu. L'étude permet aussi la compréhension d'un pic secondaire observé dans les mesures. Ce phénomène est effectivement expliqué par l'interférence entre des rayons réfractés et réfléchis. Une seconde étude est menée sur un jet coaxial. Le cône de silence dû aux effets de réfraction est observé à une valeur proche de sa position théorique. Malgré les différences entre l'écoulement réel et sa modélisation dans TAGA, des résultats encourageants sont observés pour une large partie de la plage d'angles polaires. La méthode de mise à l'échelle est aussi utilisée pour la prédiction des effets de chevrons. L'augmentation du bruit à haute fréquence est bien estimée par le modèle TAGA. La réduction à basse fréquence n'est pas obtenue avec la formulation actuelle du modèle.

A jet mixing noise prediction model is developed with the objective of obtaining an accurate estimate of installation effects while maintaining a low computing time. The Tam and Auriault prediction model is used as a starting point for the source term of the new formulation. The base flow is simplified by modelling the jet as a uniform medium connected to a uniform external medium through an infinitely thin mixing layer. The propagation of sound waves from the jet to an observer located in the far field is here simulated using geometrical acoustics. The new model developed is called TAGA for Tam Auriault - Geometrical Acoustics.The TAGA model is first applied to an academic configuration, a single jet without temperature gradient placed near a flat plate. Jet noise is predicted over the entire azimuth range, at an axial plane coinciding with the nozzle outlet. With an absolute level correction, the results obtained for the microphones under the plate match the experimental data. For observer positions above the plate, the predictions are close to measurements for the frequency range corresponding to the maximum of the spectrum. The shielding effect of the plate is however overestimated for the highest frequencies. The TAGA results are then reported in a different way. The difference between the installed and isolated spectra is added to the measured isolated spectrum. This scaling method allows a more accurate spectrum shape to be obtained. A maximum deviation, between predictions and experimental data, of 1 dB for all frequencies above 1 kHz is then obtained. The study also allows to understand a secondary peak observed in the measurements. This phenomenon is indeed explained by the interference between refracted and reflected rays. A second study is conducted on a coaxial jet. The cone of silence due to refraction effects is observed at a value close to its theoretical position. Despite the differences between the jet flow and its modelling in TAGA, encouraging results are observed for a large part of the polar angle range. The scaling method is also used to predict chevrons effects. The increase in high frequency noise is well estimated by the TAGA model. The reduction at low frequency is not found by the current formulation of the model.