Modélisation analytique du bruit aérodynamique à large bande des machines tournantes : utilisation de calculs moyennés de mécanique des fluides
Résumé
Noise radiated by low-speed fans or aircraft engine fans is made up of tonal noise and broadband noise, the latter being sometimes dominant. The present study suggests a hybrid method to model broadband noise based on analytical formulations using appropriate post-processings of Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations. A bibliographic study on broadband noise radiated by airfoils is first carried out. Amiet's analytical models are presented for the turbulence-interaction noise and trailing-edge noise mechanisms, and some extensions are also proposed. Sensors are then placed into blades from a low-speed fan to measure the wall-pressure fluctuations in the vicinity of the trailing edge. The trailing-edge noise model is extended to the case of a fan blade and validated by comparing with the acoustic pressure measured in an anechoic chamber. An extension is proposed to apply the free-field aforementioned formulation to the aircraft engine fan acoustic power. In an industrial context, Reynolds-Averaged Navier Stokes simulation of the flow around fan blades provides only mean aerodynamic values. In simple cases, semi-empirical models are able to deduce the wall-pressure spectra from the aforementioned data. Since adverse pressure gradient induces a wall-pressure spectrum level increase, semi-empirical models can not be applied for airfoils or blades. An improved model is then proposed.
Le bruit à large bande constitue aujourd'hui une part importante, parfois dominante, du bruit généré par certains ventilateurs à basse vitesse ou soufflantes de turbomachines. Ce travail de thèse propose une approche hybride combinant les méthodes analytiques avec le post-traitement de simulations des équations moyennées de la mécanique des fluides.Une synthèse bibliographique du bruit à large bande généré par les profils d'aile est effectuée. Les modèles analytiques développés par Amiet pour le bruit d'impact de turbulence et le bruit de bord de fuite sont présentés, et des extensions en sont également proposées. Dans une seconde partie, les pales d'un ventilateur axial à basse vitesse sont instrumentées, afin de mesurer la statistique de pression en paroi. Le modèle analytique du bruit de bord de fuite est ici étendu au cas d'une pale de ventilateur puis validé par comparaison de la pression acoustique mesurée en chambre anéchoïque avec le modèle. Une extension est ensuite proposée pour appliquer, à titre prospectif, cette formulation en champ libre au calcul de la puissance acoustique d'une soufflante de turbomachines. Dans un contexte industriel, les informations disponibles sur l'écoulement autour d'un ventilateur ne sont que les données moyennes, issues d'une simulation des équations moyennées de Navier-Stokes (RANS). Dans des cas simples, des modèles semi-empiriques permettent d'en déduire le spectre des fluctuations de pression en paroi. En revanche, ils ne peuvent pas être appliqués à un écoulement soumis à un gradient de pression positif. Une augmentation du niveau spectral dans ce cas est observée et un nouveau modèle empirique est proposé.
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