Добірка наукової літератури з теми "Rayonnement acoustique d'un turboréacteur"

Cette thèse traite du problème industriel de la modélisation et de la simulation numérique du rayonnement acoustique à l’entrée d’air des nacelles d’Airbus. Les hypothèses physiques subséquentes au contexte industriel précis conduisent à un modèle simplifié de propagation acoustique linéaire sur un écoulement porteur potentiel et non-linéaire. La modélisation de la source modale de bruit du moteur se traduit par une condition de bord exprimée par un opérateur Dirichlet-Neumann. L‘existence et l’unicité du problème mathématique général (auquel on a rajouté une condition de Sommerfeld convectée) de la perturbation potentielle et locale autour d’un écoulement uniforme sont démontrées. Un couplage discret alliant le potentiel acoustique (éléments finis de volume) et sa dérivée conormale de bord (éléments finis de frontière) par une équation intégrale est proposé. Le code informatique est validé analytiquement et comparativement. Les résultats originaux prouvent la n´ecessit´e de la prise en compte des non-linéarités de l’écoulement par des différences de plus de 5 décibels en champ lointain. Le positionnement optimal de la surface rayonnante et la possibilité d’adaptation de la méthode multiple rapide rendent ce couplage incontournable. Le modèle simplifié potentiel-linéaire, même si il n’est a priori apte qu’`a traiter l’entrée d’air, trouve toute sa justification en tant que brique d’un code global basé sur la décomposition de domaine. Finalement, soulignons l’avènement d’un élément fini axisymétrique naturel et dune alternative originale de calcul de l´écoulement non-linéaire par une méthode de point fixe
This thesis deals with the industrial problem of modelisation and numerical simulation of the acoustic radiation from fan duct air entry. The physical hypothesis subsequent to the industrial framework give way to a simplified model of linear acoustic propagation upon a non linear potential flow. Engine modal noise source modelisation requires acoustic boundary conditions through a Dirichlet-Neumann operator. Existence and uniqueness of the global mathematical problem (a convected Sommerfeld condition is added) of the potential and local perturbation from a uniform flow are prooved. A discrete coupling between the volumic acoustic potential (finite volumic elements) and its elliptic normal derivate (boundary finite element) through an integral equation is exhibed. Computing code is validated analytically and comparatively. Original results are described and prove the necessity to consider the nonlinearity of the flow by differences greater than 5 dBs in the far field acoustic diagrams. Optimal positionning of the radiating surface and the plugability of the fast multipole method make this coupling unmissable. Simplified potential-linear model, even if its range of validity is restricted to the fan duct air entry, gets his whole interest as a brick in a global domain decomposition code. By the way, lets mention the achievement of a natural axisymetric finite element and an alternative method to the calculus of the non linear flow by a fixed point method

Cette thèse traite du problème industriel de la modélisation et de
la simulation numérique du rayonnement acoustique à l'entrée d'air des nacelles
d'Airbus. Les hypothèses physiques subséquentes au contexte industriel
précis conduisent à un modèle simplifié de propagation acoustique linéaire sur
un écoulement porteur potentiel et non-linéaire. La modélisation de la source
modale de bruit du moteur se traduit par une condition de bord exprimée par
un opérateur Dirichlet-Neumann. L'existence et l'unicité du problème mathématique
général (auquel on a rajouté une condition de Sommerfeld convectée)
de la perturbation potentielle et locale autour d'un écoulement uniforme sont
démontrées. Un couplage discret alliant le potentiel acoustique (éléments finis
de volume) et sa dérivée conormale de bord (éléments finis de frontière) par une
équation intégrale est proposé. Le code informatique est validé analytiquement
et comparativement. Les résultats originaux prouvent la nécessité de la prise en
compte des non-linéarités de l'écoulement par des différences de plus de 5 décibels
en champ lointain. Le positionnement optimal de la surface rayonnante et
la possibilité d'adaptation de la méthode multipôle rapide rendent ce couplage
incontournable. Le modèle simplifié potentiel-linéaire, même si il n'est a priori
apte qu'à traiter l'entrée d'air, trouve toute sa justification en tant que brique
d'un code global basé sur la décomposition de domaine. Finalement, soulignons
l'avènement d'un élément fini axisymétrique naturel et d'une alternative originale
de calcul de l'écoulement non-linéaire par une méthode de point fixe.

Ce travail de thèse est consacré aux méthodes de décomposition de domaine de Schwarz sans recouvrement pour la résolution de problèmes industriels hautes fréquences d'acoustique en écoulement. Les méthodes de résolution en régime harmonique sont difficiles à paralléliser en raison de leur caractère oscillatoire, si bien que les méthodes actuelles sont limitées par une fréquence maximale, imposée par la mémoire disponible de l'ordinateur. Les méthodes de Schwarz sans recouvrement divisent le domaine en sous-domaines d'un point de vue continu et fournissent un cadre approprié en vue d'une parallélisation à mémoire distribuée. Le problème est résolu de manière itérative sur les inconnues d'interface, où la convergence rapide repose sur des conditions de transmission appropriées. La première partie de cette thèse est consacrée à la conception d'opérateurs de transmission adaptés à la propagation d'ondes harmoniques en milieu convecté et hétérogène. Dans ce cadre nous étudions deux catégories de conditions aux limites non-réfléchissantes qui fournissent des approximations locales de l'opérateur Dirichlet-to-Neumann. Dans un premier temps, des conditions aux limites absorbantes sont conçues basées sur l'analyse microlocale et le calcul pseudodifférentiel. Dans un second temps, la problématique de la stabilité acoustique en écoulement des couches parfaitement adaptées est abordée pour des domaines convexes par la transformation de Lorentz. La deuxième partie de cette thèse étend une méthode générique de décomposition de domaine à des problèmes d'acoustique en écoulement, et applique les conditions de transmission préalablement étudiées à des problèmes académiques simples. Nous expliquons le lien entre la méthode de Schwarz sans recouvrement et une factorisation algébrique LU par blocs du problème. Enfin, nous proposons une mise en œuvre parallèle et montrons l'intérêt de l'approche au rayonnement acoustique tridimensionnel de l'avant d'un turboréacteur d'avion
This PhD project is devoted to non-overlapping Schwarz domain decomposition methods for the resolution of high frequency flow acoustics problems of industrial relevance. Time-harmonic solvers are difficult to parallelize due to their high-oscillatory behaviour, and current solvers quickly reach an upper frequency limit dictated by the available computer memory. Non-overlapping Schwarz methods split the domain into subdomains at the continuous level and provide a suitable setting for distributed memory parallelization. The problem is solved iteratively on the interface unknowns, where the keystone for quick convergence relies on appropriate transmission conditions. The first part of this thesis is devoted to the design of transmission operators tailored to convected and heterogeneous time-harmonic wave propagation. To this end we study two non-reflecting boundary techniques that provide local approximations to the Dirichlet-to-Neumann operator. On the one hand, Absorbing Boundary Conditions are designed based on microlocal analysis and pseudodifferential calculus. On the other hand, the convected acoustic stability issue is addressed for Perfectly Matched Layers in convex domains with Lorentz transformation. The second part of this thesis describes how to adapt a generic domain decomposition framework to flow acoustics, and applies the newly designed transmission conditions to simple academic problems. We explain the relation between the non-overlapping Schwarz formulation and an algebraic block LU factorization of the problem. Finally we propose a parallel implementation of the method and show the benefit of the approach for the three-dimensional noise radiation of a high by-pass ratio turbofan engine intake

L'utilisation des méthodes numériques est désormais requise pour évaluer les performances acoustiques des nouvelles technologies envisagées pour améliorer la réduction du bruit rayonné par les entrées d'air de turboréacteur. Notre travail consiste à comparer les résultats en champ lointain fournis par quatre méthodes radicalement différentes et étudier l'origine des écarts observés. Par ailleurs, nous analysons séparément les différents phénomènes physiques intervenant dans le cadre de la propagation et du rayonnement acoustique au sein d'un écoulement potentiel, en présence de matériaux absorbants sur les parois du conduit. La méthode analytique, fondée sur la théorie modale et la technique de Wiener-Hopf est considérée ici comme la référence. Nous mettons en évidence des domaines de validité fréquentiels pour chacune des méthodes et insistons sur leur complémentarité. À basse fréquence, les méthodes numériques intégrales et FEM donnent les mêmes résultats en absence d'écoulement. Les principaux écarts par rapport aux résultats de la méthode analytique sont dus à la différence de forme de la lèvre considéré dans chaque méthode, arrondie ou à bords vifs. Le bon accord entre les résultats numériques et des résultats de mesures dans des configurations traitées complexes est essentiel pour compléter la validation et montrer l'intérêt de ces méthodes. Nous introduisons le concept d'écoulement quasi uniforme dans la méthode intégrale pour tenir compte des conditions aux limites sur les parois : les comparaisons avec les résultats analytiques montrent le bien-fondé de cette approximation. À haute fréquence, il est nécessaire d'utiliser une méthode asymptotique. La méthode choisie est basée sur la sommation des faisceaux gaussiens et se révèle pertinente pour effectuer des calculs multimodaux sur une plage angulaire dépendant de la fréquence et de la présence ou non de matériaux absorbants. Les différences observées sur le rayonnement des modes sont essentiellement dues à l'absence de prise en compte de la diffraction dans la solution asymptotique. Enfin, les études effectuées dans le cas d'un écoulement non uniforme et potentiel montrent que le paramètre aérodynamique fondamental est la valeur de la vitesse de l'écoulement à la source. De plus, les effets de réfraction au voisinage de la lèvre modifient le rayonnement de manière plus importante que les effets de convection par l'écoulement extérieur. La prise en compte d'un écoulement plus réaliste dans le modèle est abordée à la fin du mémoire en vue d'effectuer des comparaisons avec des mesures en soufflerie ou au banc statique.

Le secteur des transports ferroviaires en France est marqué par un dynamisme lié notamment à l'essor du réseau à grande vitesse et à la réimplantation du tramway dans de nombreuses agglomérations. Dans ce contexte, la réduction des nuisances sonores apparaît comme un enjeu majeur pour son développement. Afin d'agir efficacement à la source, il est indispensable d'identifier et d'étudier précisément les sources responsables de ces nuisances au passage des véhicules. Parmi les approches possibles, les antennes microphoniques et les traitements associés sont particulièrement adaptés à la caractérisation des sources ponctuelles mobiles, omnidirectionnelles et décorrélées.Pour les vitesses inférieures à 300 km/h, le bruit de roulement constitue la source principale du bruit ferroviaire ; il résulte du rayonnement acoustique des éléments tels que les roues, le rail et les traverses. Le rail, dont la contribution au bruit de roulement est prépondérante aux moyennes fréquences (entre 500 He et 1000 Hz environ), est une source étendue et cohérente pour laquelle les principes classiques de traitement d'antenne ne sont pas adaptés.La méthode de caractérisation proposée dans cette thèse est une méthode inverse d'optimisation paramétrique utilisant les signaux acoustiques issus d'une antenne microphonique. Les paramètres inconnus d'un modèle vibro-acoustique sont estimés par minimisation d'un critère des moindres carrés sur les matrices spectrales mesurée et modélisée au niveau de l'antenne. Dans le modèle vibro-acoustique, le rail est assimilé à un monopôle cylindrique dont la distribution longitudinale d'amplitude est liée à celle des vitesses vibratoires. Pour le calcul de ces vitesses, les différents modèles proposés mettent en évidence des ondes vibratoires se propageant dans le rail de part et d'autre de chaque excitation. Chacune de ces ondes est caractérisée par une amplitude au niveau de l'excitation, un nombre d'onde structural réel et une atténuation. Ces paramètres sont estimés par minimisation du critère, puis utilisés pour reconstruire le champ acoustique.Dans un premier temps, des simulations sont réalisées pour juger des performances de la méthode proposée, dans le cas d'excitations ponctuelles verticales. En particulier, sa robustesse est testée en présence de bruit ou d'incertitudes sur les paramètres supposés connus du modèle. Les effets de l'utilisation de modèles dégradés sont également étudiés. Concernant l'estimation des amplitudes, les résultats ont montré que la méthode est particulièrement robuste et efficace pour les excitations les plus proches de l'antenne. En revanche, pour l'estimation des autres paramètres, les performances sont supérieures pour les positions d'antenne excentrées. De manière générale, le nombre d'onde est correctement estimé sur l'ensemble des fréquences étudiées. Dans les cas à faible atténuation, un traitement classique par formation de voies en ondes planes suffit. En ce qui concerne l'estimation de l'atténuation, la faible sensibilité du critère limite l'efficacité de la méthode proposée.Enfin, certains résultats obtenus à partir des simulations ont été vérifiés lors de mesures in situ. L'excitation d'un rail expérimental par un marteau de chocs a tout d'abord permis de valider le modèle vibratoire pour la flexion verticale. Pour tester la méthode d'optimisation paramétrique, le rail a également été excité verticalement à l'aide d'un pot vibrant. Les principaux résultats des simulations ont été retrouvés, et des comportements particuliers relatifs à la présence de plusieurs ondes dans le rail ont été observés, ouvrant des perspectives de généralisation du modèle vibratoire utilisé.

Le travail présenté dans ce mémoire porte sur la modélisation de la propagation acoustique dans les conduits d’éjection de turboréacteur et du rayonnement correspondant vers l’extérieur. Le propos est, d’une part, de développer des méthodes de calcul analytiques permettant de modéliser le problème de façon souple et rapide et, d’autre part, d’évaluer la pertinence de différentes méthodes numériques, indispensables pour tenir compte de façon plus réaliste de la géométrie du problème et des conditions aérodynamiques. L’étude s'inscrit dans une démarche d’analyse progressive, en partant de configurations simples pour intégrer les éléments de complexité physiques les uns après les autres (traitements acoustiques, géométrie complexe, écoulements uniforme et non uniforme…). À chaque étape, les résultats des différentes méthodes sont comparés et l’influence des principaux paramètres du problème est analysée. La solution de référence est donnée ici par une méthode de calcul analytique basée sur la théorie modale en conduit annulaire de section constante. Le rayonnement en champ lointain est calculé, pour un corps central tronqué sur la section de sortie, par l’approximation de la membrane bafflée, et pour un corps central infini, par la technique de Wiener-Hopf. Ce dernier modèle, en particulier, prend en compte l’influence, sur le champ de pression rayonné, d’une condition de Kutta appliquée au bord de fuite de l’éjection. À basse fréquence, les méthodes numériques BEM et FEM aboutissent aux mêmes résultats en l’absence d’écoulement. Les comparaisons entreprises avec des mesures expérimentales sont très satisfaisantes, confirmant la pertinence des modèles théoriques. Lorsqu’un écoulement uniforme est pris en compte, les méthodes BEM et FEM convergent, respectivement, vers les solutions analytiques avec et sans condition de Kutta appliquée au bord de fuite. Le comportement particulier de chacune des méthodes est attribué à la variable de base considérée dans les codes de calcul, à savoir la pression ou le potentiel acoustiques. À haute fréquence, l’approche asymptotique par sommation de faisceaux gaussiens conduit à des résultats peu satisfaisants, les limitations de la méthode étant probablement dues à l’absence de modèle de diffraction dans la formulation actuelle. Plusieurs facteurs géométriques influencent la propagation acoustique à l’intérieur du conduit d’éjection secondaire. L’élément le plus critique est la présence des bifurcations, qui entraîne des recompositions modales du champ sonore d’autant plus fortes que les ondes incidentes se propagent avec une composante azimutale élevée (rotation du champ acoustique). Un modèle analytique est développé pour rendre compte de ces recompositions modales et sa pertinence est confirmée par comparaison des résultats avec la méthode BEM. À l’extérieur des conduits, l’influence du mât-réacteur et de la forme précise du corps central sur le champ rayonné en direction du sol se révèle plus limitée. L’effet des couches de cisaillement prenant naissance aux bords de fuite de l’éjection est en revanche conséquent. La réfraction des ondes induite par une discontinuité de vitesse de part et d’autre d’une ligne de glissement (modèle de Munt) semble correctement modélisée par la méthode FEM, pourtant limitée en théorie à un modèle d’écoulement porteur irrotationnel. L’influence des gradients de densité et de température, en revanche, n’est pas bien reproduite
This work deals with the modeling of the acoustic propagation inside turbofan exhaust ducts and the corresponding radiation to the outside. The main objectives are, first, to develop analytical methods, enabling fast and flexible simulations of the problem, and second, to assess the relevance of different numerical methods, now indispensable to account for more realistic geometries and aerodynamic conditions. The study is performed following a progressive process, beginning with simplified configurations to integrate the elements of physical complexity one by one (presence of acoustic liners, realistic geometry, uniform and non-uniform mean flows…). At each stage, the results of the different methods are compared and the influence of the principal parameters is analyzed. The reference solution is given here by an analytical method based on the modal theory for annular ducts with constant cross section. The far field radiation is calculated, in the case of a hub truncated at the exit plane, using the flanged duct approximation, and for an infinite hub, with the aid of the Wiener-Hopf technique. In this last model, the possibility of vortex shedding from the duct trailing edge is included by application (or not) of a Kutta condition. At low frequency, and in the absence of mean flow, the Boundary and the Finite Element Methods (BEM and FEM) give the same results. The comparisons with measurements are also very good, confirming the relevance of the theoretical models. In the presence of a uniform mean flow, the BEM and the FEM respectively tend to the analytical solutions obtained with and without the Kutta condition imposed at the edge. The particular behavior associated to each method is thought to be related to the acoustic variable considered in the codes, i. E. Acoustic pressure or potential. At high frequency, the results of the Gaussian Beam Summation approach are found to be unsatisfactory, probably because of the absence of any diffraction model in the current code formulation. Several geometrical factors influence the acoustic propagation in the secondary exhaust duct (By-Pass). The most critical point lies in the presence of two bifurcations that induce modal redistributions increasing with the rotation of the incident wave inside the duct. An analytical model for sound propagation in a bifurcated duct is presented and validated by comparison with BEM results. Outside the ducts, the influence of the pylon and the after-body real geometry on the radiation to the ground seems to be more limited. Conversely, the effect of shear layers generated at the duct trailing edges is significant. In spite of theoretical restrictions, the waves refraction due to flow mismatches across a vortex sheet (Munt’s model) seems to be relatively well predicted by the FEM potential formulation. The impact of density or temperature gradients, however, is not well reproduced

Le piano, comme tous les instruments a cordes, rayonne de l'energie grace au couplage de ses cordes avec une plaque : la table d'harmonie. Dans ce travail, les vibrations de la table d'harmonie d'un piano droit sont etudiees avec les techniques d'analyse modale. Dix modes sont ainsi mis en evidence dans la plage frequentielle 50-350 hz. Tous ces modes presentent de bonnes similitudes avec des modes de plaques minces isotropes en appui simple vibrant en flexion pure. Les deformees modales sont ensuite utilisees pour calculer le rayonnement des modes de la table d'harmonie. La encore, le parallele avec le rayonnement des modes d'une plaque mince est effectue. On retrouve, pour la table d'harmonie, l'existence d'une frequence (frequence de coincidence) en dessous de laquelle les modes rayonnent tres peu d'energie. Le modele de la table d'harmonie fourni par l'analyse modale ainsi que les algorithmes de calcul de rayonnement sont valides par comparaison avec des mesures, apres quoi le rendement de la table d'harmonie est calcule. Il apparait qu'une forte proportion de l'energie est dissipee dans la plaque et non transmise au champ acoustique ; le parallele avec les plaques isotropes permet de prevoir que cette proportion pourrait etre inversee moyennant un changement de geometrie. Certains auteurs s'accordent a penser que les caracteristiques de rayonnement d'un instrument sont perceptivement importantes, et qu'ainsi, une reproduction de ces caracteristiques permettrait d'ameliorer la diffusion sur haut-parleurs. Dans la derniere partie de ce travail une methode de reproduction de figures de directivite a l'aide de sources multi-haut-parleurs est presentee. Elle est ensuite appliquee a une source dodecaedrique composee de douze haut-parleurs groupes en quatre sous-ensembles independants pour reproduire les premieres harmoniques spheriques. Les resultats sont presentes pour deux dispositifs : le meilleur des deux dispositifs nous a permis d'obtenir une bonne reproduction des directivites cibles sur la plage frequentielle 100-1000 hz. Les causes de ces limitations sont en basses frequences la directivite des haut-parleurs (trop omnidirectifs) et en hautes frequences la distance entre les haut-parleurs.

"Afin d'augmenter le spectre d'absorption des matériaux acoustiques usuels, le Centre Acoustique du LMFA développe le concept de matériau hybride combinant absorption passive et active. On montre qu'il est possible d'obtenir une absorption maximale si on applique, par contrôle actif, une simple réduction de la pression acoustique en face arrière d'un matériau aux propriétés "bien choisies". Il est question dans cette thèse de l'optimisation de la partie active de la cellule avec la conception de la source de contre-bruit adaptée, incluant les couplages vibroacoustiques induits par les cavités et l'effet du tissu résistif, menée en parallèle avec le développement d'un algorithme feedback numérique multi-voies diagonalisé à structure IMC. Quatre cellules actives indépendantes en parallèle ont fonctionné avec succès dans un conduit avec écoulement et des réductions très importantes ont été obtenues avec un comportement tout à fait satisfaisant de la partie active des absorbants. "
In order to increase the frequency band of absorption of usual porous materials, the "Centre Acoustique du LMFA" works on the design of hybrid materials using passive and active absorption. The basic principle consists in vanishing by active control the pressure at the rear face of the material, with well-suited characteristics, to achieve a maximum absorption. This thesis deals with the optimisation of the active part, which means a design of a powerful secondary source, including vibroacoustic coupling from the cavities and the effect of wiremesh and the implementation of a digital feedback diagonalised IMC control algorithm. An experiment using four independent cells proves the good functioning of the controller in a duct with flow : very important noise reductions were achieved in the low frequency band

Ce travail s'insère dans le cadre de la discrétion acoustique des navires et concerne le rayonnement acoustique de coques cylindriques finies, munies de raidisseurs, immergées en fluide lourd ou léger et revêtues de matériau de masquage. La méthode de de calcul employée est intégro-modale. Ainsi, la réponse vibre-acoustique de la coque raidie sous charge fluide est décomposée dans la base des modes de coque non raidie. . , in vacuo. La pression dans le fluide est exprimée sous forme intégrale à partir d'un potentiel de simple couche. La prise en compte du matériau de masquage est effectuée soit à partir d'un modèle à réaction localisée, soir à partir de développements asymptotiques dans l'épaisseur des équations de Navier. La programmation de la méthode donne lieu à une exploitation numérique de nombreux résultats, notamment en puissance rayonnée, vitesse quadratique radiale, facteur de rayonnement, pression rayonnée en champ lointain et à une comparaison théorie expérience satisfaisante. Les notions de modes Equi-amortis, hyper-amortis, non-amortis par le rayonnement sont mis en évidence, permettant d'élucider les phénomènes typiques rencontrés sur la structure immergée. Une comparaison numérique entre les deux modèles de matériau de masquage est effectuée et les réductions de bruit rayonné en fonction des paramètres mécaniques de la couche sont calculées.

On etudie le rayonnement acoustique engendre par un ecoulement subsonique autour de cylindres de section circulaire. Dans une premiere partie, des methodes de mesure bidimensionnelles de l'intensite acoustique sont utilisees pour caracteriser le champ sonore du a un cylindre isole, a surface lisse ou a rugosite fine aleatoire. La seconde partie est une determination experimentale des pressions parietales sur un ou deux cylindres consideres comme des maquettes de cables de transport electrique, et ayant en consequence une structure de surface a rugosite forte et periodique. Les lois de coherence dans une section ou en envergure, ainsi que les fonctions de reponse en frequence des pressions instationnaires entre les deux cylindres sont donnees. Dans la troisieme partie est propose un modele numerique plan de rayonnement acoustique d'un ensemble de monopoles places dans ce plan. En introduisant les parametres issus des experiences ci-dessus, un modele de calcul du bruit du, a un ou deux cables de transport electriques places l'un derriere l'autre, est enfin presente