Modifications des tourbillons d'extrémité d'hélices contra-rotatives en vue d'une réduction des nuisances sonores - PASTEL - Thèses en ligne de ParisTech Access content directly
Theses Year : 2013

Counter-rotating open rotor interaction noise reduction by modification of blade tip vortices

Modifications des tourbillons d'extrémité d'hélices contra-rotatives en vue d'une réduction des nuisances sonores

Laurence Vion
  • Function : Author
  • PersonId : 943517

Abstract

This thesis is concerned with noise reduction of Counter-Rotating Open Rotor (CROR). We are particularly interested in vortical structures shed by the front propeller blades which impact the rear blades. The goal of the thesis is to investigate the possibility to modify these structures in order to reduce the noise produced by this interaction during take-off. The first part is devoted to their characterization, using the HTC5 baseline CROR geometry designed by Onera. First, the physics of wake formation is described using numerical tools. Then the main part of the study is carried out on a non-rotating blade that reproduces the radial circulation distribution of a front rotating HTC5 propeller blade. Thanks to an experimental investigation of this fixed blade, the vortex properties are determined and the numerical methodology is assessed. This step finally leads to the definition of an analytical model describing this vortex. The second part of the thesis is dedicated to the modification of these vortical structures. First, an application of concepts existing in the literature is realized on the fixed blade in order to estimate their impact on vortices. Using these results, a new concept to modify vortical structures is defined: a blade leading-edge protuberance. This aim of this concept is to generate a system of two co-rotating vortices separated by counter-rotating vorticity. The physics of the interaction between the two vortices is studied in this thesis. Finally, the acoustic benefits of this concept are assessed on the HTC5 CROR configuration.
Cette thèse est une contribution à la réduction du bruit des CROR (Counter-Rotating Open Rotor). On s'intéresse plus particulièrement aux structures tourbillonnaires émises par l'hélice amont venant impacter les pales de l'hélice aval. L'objectif prévu de la thèse est d'explorer la possibilité de modification de ces structures en vue de réduire le bruit résultant de cette interaction au décollage. La première partie de la thèse est dédiée à leur caractérisation dans un cas particulier d'hélices (HTC5). La physique de formation de la nappe est d'abord décrite avec des outils numériques. Puis, l'essentiel de l'étude est mené sur une pale fixe reproduisant la loi de circulation d'une pale de l'hélice HTC5. Une étude expérimentale de cette pale fixe permet de déterminer les propriétés du tourbillon émis et d'éprouver la méthodologie numérique. Cette étape aboutit à la définition d'un modèle analytique permettant de décrire ce tourbillon. La seconde partie de cette thèse porte sur la modification de ces structures tourbillonnaires. Dans un premier temps, une application de concepts existant dans la littérature est réalisée sur la pale fixe de façon à observer leur impact sur les tourbillons. La réflexion menée sur ces résultats nous a amené à définir un nouveau concept de modification des structures tourbillonnaires : l'excroissance de bord d'attaque. Ce concept permet la génération de deux tourbillons co-rotatifs séparés par une zone de vorticité de signe opposé. La physique d'interaction entre ces deux tourbillons est étudiée. L'application de ce concept au CROR HTC5 permet de valider les gains acoustiques.
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Dates and versions

pastel-00843556 , version 1 (11-07-2013)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00843556 , version 1

Cite

Laurence Vion. Modifications des tourbillons d'extrémité d'hélices contra-rotatives en vue d'une réduction des nuisances sonores. Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Ecole Polytechnique X, 2013. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00843556⟩

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