Propagation d'ondes de choc acoustiques dans une atmosphère incertaine

Acoustic shock wave propagation through uncertain atmospheres

• Auteur / Autrice : Roman Leconte
• Direction : Régis Marchiano, François Coulouvrat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance le 04/05/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris (2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean Le Rond d'Alembert (Paris ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Quentin Grimal
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Marx
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvain Cheinet, Benoit Gauvreau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Atmosphère

Simulation, Méthodes de

Ondes de choc

Ondes -- Propagation

Aéroacoustique

Bang sonique

Mots clés libres

Aéroacoustique

Simulation numérique

Ondes de choc

Turbulence atmosphérique

Quantification d'incertitude

Bang sonique

Shock waves

Numerical simulation

Uncertainty quantification

Résumé

Dans cette thèse, l’influence de l’atmosphère sur la propagation des ondes de choc est étudiée. Le code FLHOWARD3D est utilisé pour simuler cette propagation. Dans un premier temps, l’étude porte sur l’influence de la turbulence atmosphérique sur la propagation des signaux de bangs soniques produits par des avions supersoniques. Cette étude s’inscrit dans le cadre du projet européen RUMBLE, qui s’intéresse au renouveau de l’aviation civile supersonique. Les propagations de signaux de bang classique (Concorde) et de bang réduit (futurs avions supersoniques) sont comparés entre elles et à une campagne expérimentale effectuée par la NASA. Une étude statistique basée sur la quantification d’incertitude est menée pour quantifier l’influence de la turbulence. Les résultats montrent que le bang réduit présente des niveaux de pression et des variations plus faible que le bang classique. Dans un second temps, l’étude porte sur la propagation d’ondes de souffle produites par des explosions industrielles. Une base de donnée d’explosions provenant du site pyrotechnique de Rivesaltes et fournie par le CEA est étudiée, et les conditions météorologiques sur ce site sont séparées en différents groupes. Les stratifications de température et de vitesse du vent lors des explosions sont ensuite utilisées pour simuler la propagation, et une comparaison avec les mesures est effectuée. Finalement, des méthodes de réduction sont appliquées sur ces profils atmosphériques, et une étude de quantification d’incertitude est réalisée pour évaluer l’influence des profils atmosphériques sur la propagation.

In this thesis, the influence of the atmosphere on the propagation of shock waves is studied. The FLHOWARD3D code is used to simulate this propagation. Initially, the study focuses on the influence of atmospheric turbulence on the propagation of sonic boom signals produced by supersonic aircraft. This study is part of the European project RUMBLE, whose objective is in the revival of supersonic civil aviation. The propagations of classical sonic boom (Concorde) and low sonic boom (future supersonic aircraft) are compared to each other and to an experimental campaign conducted by NASA. A statistical study based on uncertainty quantification is conducted to quantify the influence of turbulence. The results show that the low booms presents lower pressure levels and variations than classical booms. In a second step, the study focuses on the propagation of blast waves produced by industrial explosions. A database of explosions from the pyrotechnical site of Rivesaltes and provided by the CEA is studied, and the meteorological conditions on this site are separated into different groups. The temperature and wind speed stratifications during the explosions are then used to simulate the propagation and a comparison with the measurements is done. Finally, reduction methods are applied to these atmospheric profiles, and an uncertainty quantification study is performed to evaluate the influence of the atmospheric profiles on the propagation.