Méthodes numériques d'identification des sources de bruit aérodynamique pour les trains d'atterrissage - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Numerical Methods for the Identification of Aerodynamic Noise Sources on Landing Gears

Méthodes numériques d'identification des sources de bruit aérodynamique pour les trains d'atterrissage

Résumé

Noise disturbances related to air traffic are currently leading the various protagonists of the aeronautical industry to conduct research in the aim of their reduction. This thesis focuses on the landing gear contribution, which is dominant during the approach phase. It is the direct continuation of ONERA's previous work that led to the definition of a precise and efficient CFD strategy that permits high-fidelity simulations of landing gear flows with the associated noise. Despite the precision achieved in these computations, the precise understanding of the physical mechanisms involved in the noise generation remains insufficiant. This work has focused on an elementary landing gear component, the wheel, by studying its noise sources in an isolated configuration. The major part of this work has relied on the numerical simulation of the flow past a simplified landing gear wheel. Two complementary approaches have been considered to identify the noise sources on this configuration. The first one uses the acoustic analogy formalism. The relative contribution of dipoles and quadrupoles has been assessed by applying the Ffowcs-Williams & Hawkings analogy and it has been shown that the latter dominate the former when the product MSt is greater than unity. An intepretation of this result has been proposed thanks to a beamforming algorithm applied to the far-field computed pressure, allowing to identify noise sources in the wheel wake when the latter is not acoustically compact. The second approach has consisted in seeking a causal link between the acoustic field and the aerodynamic variables inside the flow. The pressure field obtained from CFD needs to be filtered to access the acoustic field, so several filtering methods based on the spatio-temporal Fourier transform and the wavelet transform have been applied. The method that relies on the Fourier transform has proven in better agreement with the expected results. The filtered signals have been used as an input to a linear stochastic estimation algorithm in order to reconstruct the turbulent structures involved in the noise generation. Preliminary results seem to confirm the dominant role of diffraction by the downstream edge of the wheel cavity. Lastly, an approach has been proposed to deal with deterministic acoustic resonances. The boundary element method has been used with success to solve the Helmholtz equation between the circular wheel cavities of the LAGOON landing gear, confirming the hypothesis of acoustic resonance in the annular space formed by this assembly while showing the interest of such a method to alleviate the inherent limitations of analytical formulas on this kind of problem.
Les nuisances sonores occasionnées par le trafic aérien conduisent les acteurs du secteur aéronautique à mener des recherches dans le but de les réduire. Ce travail de thèse porte sur la contribution des trains d'atterrissage, dominante en phase d'approche. Il s'inscrit dans la continuité de travaux antérieurs menés à l'ONERA et qui ont conduit à l'établissement d'une stratégie de simulation numérique précise et efficace permettant de prédire fidèlement l'écoulement autour d'un train d'atterrissage, ainsi que le bruit généré par cet écoulement. Malgré la précision de ces calculs, les mécanismes physiques à l'origine du bruit restent relativement mal identifiés. Cette thèse s’est concentrée sur un sous-composant essentiel du train d’atterrissage – la roue – en étudiant ses sources de bruit dans une configuration isolée. La majeure partie des travaux s’est appuyée sur la simulation numérique de l’écoulement autour d’une roue simplifiée de train. Deux approches complémentaires ont été considérées pour tenter d’identifier les sources de bruit présentes dans cette configuration. La première a adopté le formalisme de l'analogie acoustique. La contribution relative des sources dipolaires et quadripolaires a été évaluée par application de l'analogie de Ffowcs-Williams et Hawkings et on a montré que les secondes dominent les premières lorsque le produit MSt est supérieur à l'unité. Une interprétation de ce résultat a été proposée à l'aide d'un algorithme de beamforming appliqué à la pression calculée en champ lointain, permettant d'identifier des sources de bruit dans le sillage de la roue lorsque celle-ci n’est plus compacte acoustiquement. La seconde approche a consisté à rechercher un lien causal entre le champ acoustique et les variables aérodynamiques de l'écoulement. Le champ de pression issu de la simulation numérique nécessitant d’être filtré afin d’en extraire sa partie acoustique, des méthodes de filtrage basées sur la transformée de Fourier spatio-temporelle et sur la transformée en ondelettes ont été mises en œuvre. La méthode reposant sur la transformée de Fourier s’est avérée la plus en accord avec les résultats attendus. Les signaux ainsi filtrés ont été utilisés comme signaux conditionneurs dans un algorithme d'estimation stochastique linéaire afin de reconstruire les structures turbulentes impliquées dans la génération de bruit. Les résultats préliminaires semblent confirmer le rôle dominant joué par la diffraction du bord aval de la cavité dans l’émission sonore. Enfin, une dernière approche a été proposée pour traiter le cas particulier des résonances acoustiques de nature déterministe. Pour cela, la méthode des éléments de frontière a été utilisée avec succès pour résoudre l'équation d'Helmholtz entre les cavités cylindriques face-à-face du train LAGOON, confirmant l’hypothèse de résonance au sein de l’espace annulaire ainsi formé et montrant l’intérêt d’une telle méthode pour s’affranchir des limites inhérentes à la modélisation analytique de ce type de configuration.
Fichier principal
Vignette du fichier
HAJCZAK_Antoine_these_2020.pdf (41.79 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03182019 , version 1 (26-03-2021)
tel-03182019 , version 2 (29-10-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03182019 , version 2

Citer

Antoine Hajczak. Méthodes numériques d'identification des sources de bruit aérodynamique pour les trains d'atterrissage. Acoustique [physics.class-ph]. Sorbonne Université, 2020. Français. ⟨NNT : 2020SORUS322⟩. ⟨tel-03182019v2⟩
230 Consultations
46 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More