Simulation aéroacoustique d'une hélice installée par approche LBM

Aeroacoustic simulation of an installed propeller using an LBM approach

• Auteur / Autrice : Raul Vazquez casique
• Direction : Pierre Sagaut
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur : spécialité Mécanique et Physique des Fluides
• Date : Inscription en doctorat le 17/10/2022
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : M2P2 - Laboratoire de Mécanique, Modélisation et Procédés Propres

Mots clés

Mots clés libres

Méthode de Boltzmann sur réseau

Aéroacoustique

Cfd

Bruit d'hélice

Méthodes numériques

Aérodynamique

Lattice-Boltzmann method

Aeroacoustics

Cfd

Propeller noise

Numerical methods

Aerodynamics

Résumé

La prédiction du bruit joue un rôle majeur dans la conception et la certification des futurs concepts d'avions. Essais en vol et en souffleries anéchoïques permettent d'identifier et de caractériser les sources de bruit et les mécanismes de génération de bruit sur un avion. Cela permet de développer des stratégies pour réduire la production de bruit, un élément important pour la certification de nouveaux types. Cependant, l'expérimentation en soufflerie et les essais en vol sont coûteux et ne sont disponibles qu'à des stades avancés de la conception de nouveaux types. Les méthodes de simulation numériques (CFD) sont devenues un outil important pour une première analyse de la prévision du bruit aéroacoustique et comme un complément à les approches expérimentales. Parmi les méthodes numériques existantes disponibles, les méthodes LBM se sont imposées comme une option intéressante et préférée pour réaliser des simulations aéroacoustiques grâce à leur faible dissipation, facilité d'implémentation, manipulation aisée des géométries complexes et sa capacité de parallélisation et scalabilité. Malgré ses avantages, les maillages non conformes Cartésiens basés sur un structure Octree, typique du méthodes LBM, génèrent de la vorticité et acoustique parasites dans les raccords de maillages. Aussi, les simulations aéroacoustiques ont besoin d'une grande précision puisque les fluctuations de pression acoustiques sont d'un ordre de grandeur très bas en comparaison avec les fluctuations aérodynamiques. Donc, pour bien caractériser l'acoustique d'une hélice, il faut s'assurer de réduire o diminuer les fluctuations parasites à cause du maillage ou des imprécisions du schémas numériques choisis. L'objectif de la thèse envisagée est de faire l'étude aéroacoustique d'une hélice installée en utilisant la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM). Cela permettra d'identifier les sources et propagation de bruit des futurs concepts d'avions qui utiliseront des hélices et de développer des stratégies pour la réduction ou élimination des sources. L'étude sera effectuée à CERFACS en utilisant le code LBM LaBS/proLB développé par un consortium de partenaires industriels et de laboratoires composé de AIRBUS, RENAULT, CERFACS, M2P2, LMFA, CS Group, entre autres. Pour atteindre les objectifs de la thèse, les défis liées a les exigences en précision et stabilité pour effectuer les simulations aéroacoustiques envisagés seront résolues en utilisant la recherche et le développement des strategies et méthodes et leur implémentation dans le code proLB.

Noise prediction plays a major role in the design and certification of future aircraft concepts. Flight and anechoic wind tunnel testing make it possible to identify and characterize noise sources and noise generation mechanisms on an aircraft. This allows strategies to be developed to reduce noise production, an important element for the certification of new types. However, wind tunnel experimentation and flight testing are expensive and are only available at advanced stages of the design process. Computational Fluid Dynamics (CFD) methods have become an important tool for an initial analysis of aeroacoustic noise prediction and as a complement to experimental approaches. Among the existing numerical methods available, the lattice Boltzmann methods (LBM) have established themselves as an interesting and preferred option for carrying out aeroacoustic simulations given their low numerical dissipation, ease of implementation, effortless handling of complex geometries, and its capacity for parallelisation and scalability. Despite its advantages, non-conforming Cartesian meshes based on an Octree structure, typical of LBM methods, generate vorticity and parasitic acoustics at mesh interfaces. Also, aeroacoustic simulations need high precision since acoustic pressure fluctuations are of a very low order of magnitude compared to aerodynamic fluctuations. Therefore, to properly characterize the acoustics of propellers, it is necessary to ensure that parasitic fluctuations due to the mesh or inaccuracies of the chosen schemes are reduced or eliminated. The objective of the planned thesis is to carry out the aeroacoustic study of an installed propeller configuration using an LBM approach. This will make it possible to identify the sources and propagation of noise from future aircraft concepts that will use propellers and to develop strategies for the reduction or elimination of the sources. The study will be carried out at CERFACS using the LBM LaBS/proLB code developed by a consortium of industrial partners and laboratories composed of AIRBUS, RENAULT, CERFACS, M2P2, LMFA, CS Group, among others. To achieve the objectives of the thesis, the challenges related to the precision and stability requirements to perform the aeroacoustic simulations envisaged will be resolved via the development of new strategies and methods implemented in the proLB code.