Étude expérimentale et modélisation multiphysique d’un liner aéroacoustique soumis à des gradients thermiques

Experimental study and multiphysic modelisation of an aeroacoustic liner under thermal gradients

• Auteur / Autrice : Victor Lafont
• Direction : Frank Simon, Fabien Méry
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique et transferts
• Date : Soutenance le 08/04/2022
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Équipe d'accueil doctoral Énergétique et dynamique des fluides (Toulouse, Haute-Garonne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Office national d'études et recherches aérospatiales (France). Département Multi-Physique pour l'Energétique (2017-....)
• Jury : Président / Présidente : Emmanuel Perrey-Debain
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frank Simon, Fabien Méry, Emmanuel Perrey-Debain, Matthieu Fénot, Raymond Panneton, Charles Cariou
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Matthieu Fénot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thermique

Acoustique

Multiphysique

Mots clés libres

Matériaux

Acoustique

Transfert

Thermique

Multi-Physique

Materials

Acoustic

Transfer

Thermic

Multi-Physics

Résumé

La réduction des nuisances sonores est un enjeu permanent pour les acteurs du transport aérien, notamment autour des aéroports. En particulier, le bruit de soufflante (fan noise) tient une place importante dans le bruit global de l’avion. Aussi, relativement à la réduction du bruit d'aéronef, sont développés des matériaux dits liners positionnés le long de la nacelle moteur. De par leur position à l'intérieur des nacelles de réacteurs, ces traitements acoustiques sont soumis à de forts niveaux sonores, à un écoulement rasant important, et à des gradients thermiques intenses.Cette étude a consisté à mettre en place une métrologie multi-physiques (acoustique, aérodynamique, thermique et turbulence) permettant de constituer une base de données expérimentales, afin d’améliorer la compréhension des phénomènes physiques en jeu et d’alimenter les modèles de conception de liners pour répondre aux nouveaux enjeux posés par l'implantation des liners dans les nacelles.Compte tenu de la complexité des phénomènes physiques mis en jeu, un effort important a été conduit pour disposer d'outils expérimentaux performants pour caractériser finement le couplage entre l'acoustique, la thermique et la turbulence. On associe donc des mesures microphoniques classiques permettant de déterminer le comportement acoustique des liners et des mesures par thermographie infrarouge pour caractériser leur réponse aérothermique. Une veine d'essai spécifique permettant d'intégrer ces différentes techniques de mesure a été réalisée, et une nouvelle méthode de détermination d'impédance acoustique a été développée afin de prendre en compte les effets aéroacoustiques. Une modélisation des phénomènes de transfert et de convection thermiques a ensuite permis de lier la réponse aérothermique au comportement acoustique des échantillons de liners sélectionnés pour l'étude.

The reduction of noise pollution, particularly around airports, is a permanent challenge for the aviation industry. In particular, fan noise plays an important role in the overall noise of the aircraft. Therefore, with regard to the reduction of aircraft noise, materials referred to as acoustic liners, positioned along the engine nacelle, are developed. Due to their position inside the engine nacelles, these acoustic treatments are simultaneously subjected to high noise levels, to a significant grazing flow, and to intense thermal gradients.This study consisted in setting up a multi-physics metrology (acoustics, aerodynamics, thermics and turbulence) allowing to constitute an experimental database, in order to improve the understanding of the physical phenomena involved and to feed the liner design models to answer the new stakes posed by the implementation of the liners in the nacelles.Given the complexity of the physical phenomena involved, a major effort has been made to have effective experimental tools to characterize the coupling between acoustic effects, thermal effects and turbulence. We thus associate classical microphonic measurements to determine the acoustic behavior of liners, and infrared thermography measurements to characterize their aero-thermal response. A specific test section allowing the integration of these different measurement techniques has been realized, and a new method of acoustic impedance determination has been developed in order to take into account the aero-acoustic effects. A model of the thermal transfer and convection phenomena was finally used to link the aero-thermal response to the acoustic behavior of the liner samples selected for the study.