Bonneau Virginie
Prévision du bruit d'interaction tonal et à large bande d'une soufflante de nouvelle génération en régime subsonique
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Résumé
Français
Prévision du bruit d'interaction tonal et à large bande d'une soufflante de nouvelle génération en régime subsonique
La soufflante de la nouvelle génération de moteurs Snecma est caractérisée par des pales de rotor aux bords de fuite épais, ainsi que par un OGV hétérogène intégrant les bras supports. L’objectif de cette thèse est de caractériser l’influence de ces innovations technologiques sur la génération des sources et le rayonnement sonore dans la manche secondaire liés à l’interaction du sillage du rotor avec l’OGV. Ce mécanisme est principalement responsable des émissions tonales et à large bande qui sont traitées indépendamment. D’une part, une simulation URANS de l’étage rotor-stator fournit les sources déterministes sur le stator hétérogène ainsi que le champ sonore dans la manche traversée par les bras supports. L’extension de modèles acoustiques permet d’accéder au spectre de raies obtenu soit en propageant les sources par un modèle fondé sur le principe de l’analogie acoustique, soit directement à partir du champ sonore issu de la CFD. Il est alors montré que l’hétérogénéité du stator induit l’émergence de la raie du fondamental, et que les bras supports engendrent une onde stationnaire dans la manche secondaire. D’autre part, la simulation d’un canal complet du rotor avec une approche ZDES permet d’accéder aux perturbations turbulentes du sillage. Ces dernières alimentent un code acoustique fondé sur la théorie d’Amiet permettant de prévoir le bruit à large bande rayonné en conduit. Bien que plus coûteuse, la ZDES permet de s’affranchir des hypothèses restrictives et du calibrage délicat des modèles de turbulence homogène isotrope en fournissant des données directement exploitables, conduisant ainsi à des estimations plus précises. L’ensemble des simulations numériques et des prévisions acoustiques est validé grâce aux mesures issues d’une campagne d’essais au banc RACE.
Mots-clés libres : Interaction rotor-stator, bruit de raies, bruit à large bande, OGV hétérogène, bras supports, simulation URANS 360°, ZDES, formulation de Ffowcs Williams et Hawkings, formulation de Cantrell et Hart, projection modale du champ acoustique, théorie d'Amiet, modèles THI.
- Rotors
English
Prediction of tonal and broadband interaction noise generated by a modern turbofan in approach conditions
Modern turbofans are characterized by rotor blades with large chords, as well as heterogeneous OGV with mechanical struts integrated. The aim of this thesis is to characterize the impact of these technological innovations on sources generation and sound radiation in the bypass duct due to the interaction of the rotor wakes with the OGV. This mechanism is mainly responsible in tonal and broadband noise emissions which are dealt separately. On one hand, a URANS computation of the rotor-stator row provides the periodic sources on the heterogeneous stator as well as the sound field in the bypass duct crossed by the struts. The expansion of sound models allows to access to the tonal spectra obtained either by propagating sources thanks to a model based on the acoustic analogy principle, or by the sound field directly issued from the CFD. Then, it is shown that the stator heterogeneity induces the appearance of the fundamental tone, and that the struts lead to standing waves in the bypass duct. On the other hand, the simulation of a complete rotor channel with a ZDES approach provides the turbulent wakes. These erturbations feed an acoustic code based on the Amiet theory to predict the broadband noise radiated in the bypass duct. Despite the cost, ZDES stays clear of restrictive assumptions and sensitive calibration of isotropic homogeneous turbulence models by providing data directly workable, leading to more accurate predictions. Each of numerical simulations and acoustic predictions is validated thanks to the measurements performed in the RACE test rig.
Keywords : Rotor-stator interaction, tonal noise, broadband noise, heterogeneous OGV, struts, 360° URANS simulation, ZDES, Ffowcs Williams and Hawkings formulation, Cantrell and Hart formulation, modal expansion of the sound field, Amiet theory, IHT models.
Notice
- Diplôme :
- Doctorat d'Université
- Établissement de soutenance :
- Université de Poitiers
- UFR, institut ou école :
- Ecole nationale supérieure d'ingénieurs de Poitiers (ENSIP)
- Laboratoire :
- Pôle poitevin de recherche pour l'ingénieur en mécanique, matériaux et énergétique - PPRIMME (Poitiers)
- Domaine de recherche :
- Mécanique des milieux fluides et acoustique
- Directeur(s) de thèse :
- Yves Gervais, Cyril Polacsek, Jean-Michel Roux
- Date de soutenance :
- 21 septembre 2015
- Président du jury :
- Michel Roger
- Rapporteurs :
- Nicolas Gourdain, Stéphane Moreau
- Membres du jury :
- Yves Gervais, Cyril Polacsek, Jean-Michel Roux, Antoine Moreau, Raphaël Barrier
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