Beausse Yoann
Étude du bruit tonal généré au bord de fuite d'un profil d'aile NACA 0012 par méthode de formation de voies et de l'écoulement associé par vélocimétrie par images de particules résolue en temps
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Résumé
Français
Étude du bruit tonal généré au bord de fuite d'un profil d'aile NACA 0012 par méthode de formation de voies et de l'écoulement associé par vélocimétrie par images de particules résolue en temps
Cette étude expérimentale s'intéresse au bruit tonal de bord de fuite sur un profil NACA 0012, et en particulier aux effets de l'inhomogénéité en envergure de l'écoulement sur les sources de bruit. L'originalité de l'approche consiste dans la mesure simultanée du bruit rayonné par antennerie acoustique et des champs de vitesse dans le sillage par Vélocimétrie par Images de Particules (PIV) résolue en temps (fréquence de 20 kHz afin de résoudre les échelles de temps acoustiques). Une expérience préliminaire retrouve, comme dans la bibliographie, des résultats de PIV altérés pour des fréquences inférieures à la limite de Shannon, et permet d'identifier l'allure des distorsions liées à cette erreur. La précision de la synchronisation entre le signal focalisé par formation de voies temporelle et les champs de vitesse est ensuite évaluée, et est de l'ordre du centième de milliseconde. La mesure acoustique révèle un bruit tonal (constitué d'un ou plusieurs pics fréquentiels) pour des conditions d'écoulement en accord avec la littérature. La formation de voies permet alors d'identifier des zones sources le long de l'envergure, distinctes pour chaque fréquence. Cela constitue un apport intéressant car les modèles théoriques utilisés pour décrire la formation de bruit tonal au bord de fuite sont bidimensionnels. L'analyse fréquentielle des champs de vitesse dans un plan parallèle au profil d'aile indique un détachement tourbillonnaire variable en fonction de la position en envergure, avec les mêmes fréquences dans les mêmes zones que les sources de bruit identifiées. Il est aussi montré que les zones sources de bruit sont celles où la cohérence transverse du détachement tourbillonnaire présente un maximum. Une mesure dans le plan perpendiculaire à l'aile permet le suivi temporel des tourbillons détachés au bord de fuite, et une comparaison entre le signal de vorticité et le signal acoustique focalisé sur la zone de mesure aboutit à un taux de corrélation satisfaisant, de l'ordre de 60%.
Mots-clés libres : Mécanique des fluides, aéroacoustique expérimentale, antenne microphonique, vélocimétrie par images de particules, bord de fuite, bruit tonal, formation de voies.
- Profils aérodynamiques
- Aéroacoustique
- Vélocimétrie par images de particules
- Bruit aérodynamique
- Antennes microphoniques
- Bords de fuite
English
Analysis of trailing-edge tonal noise generation for a NACA 0012 airfoil by using beamforming and time-resolved particle image velocimetry techniques
In this experimental study about the generation of trailing-edge tonal noise by a NACA 0012 airfoil, we evaluated the effects of flow inhomogeneity in the spanwise dimension on noise sources. In this original approach, the acoustic measurements performed with a microphonic array are used in conjunction with simultaneous time-resolved PIV measurements (20 kHz) in the wake of the wing. In a first part, a preliminary experiment is performed to test the limits of PIV measurements. As was discussed in the bibliography, the results are altered at frequencies lower than the Shannon limit, and the shape of these alterations is identified. Then, another experiment with a piloted micro-jet allows us to affirm that the precision of the synchronisation between the focused time-domain beamforming signal and the velocity field is around a hundredth of a millisecond. The acoustic measurements on the trailing-edge noise reveal tonal noise (with one or multiple frequency peaks), at flow conditions in accordance with literature. With the use of frequency-domain beamforming, multiple noise sources are localised along different positions on the trailing-edge, one for each peak on the far-field spectrum. This constitutes an interesting result, because theoretical models used for the description of tonal trailing-edge noise are bidimensional. Then, the frequential analysis of the velocity field obtained with PIV measurements in the plane of the wing show that the vortex shedding is also dependent on the position in the spanwise dimension. The same frequencies are observed as in the acoustic analysis, and on the same locations on the span. Moreover, the noise sources are shown to be superimposed with the locations of the maxima of the vortex shedding transverse coherence. Finally, a PIV measurement in a plane perpendicular to the wing allows for the assessment of the correlation factor (60%) between the vorticity signal and the focused time-domain beamforming signal.
Keywords : Fluid mechanics, aeroacoustics, microphone array, particle image velocimetry, trailing-edge, tonal noise, beamforming.
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 Fluides, Acoustique, Aéroacoustique
- Directeur(s) de thèse :
- Vincent Valeau, Laurent Brizzi, Florent Margnat
- Date de soutenance :
- 08 juillet 2022
- Président du jury :
- Emmanuel Perrey-Debain
- Rapporteurs :
- Marc Jacob, Kamel Abed-Meraim
- Membres du jury :
- Vincent Valeau, Laurent Brizzi, Florent Margnat, Emmanuel Bénard
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