Prévision du bruit d'onde de choc d'un turboréacteur en régime transsonique par des méthodes analytiques et numériques

Résumé : En phase d’approche, le bruit rayonné par l’entrée d’air des turboréacteurs est principalement dû aux interactions entre le rotor et le stator. Cependant les ondes de choc (ou ondes en N) générées par le rotor en régime transsonique peuvent devenir une source de bruit dominante durant le décollage et la montée de l’appareil. L’étude des ondes en N nécessite de se concentrer sur deux processus majeurs : 1) la génération des chocs par un rotor parfait (dont toutes les aubes sont identiques) et par un rotor réel (en tenant compte des irrégularités géométriques des aubes), et 2) la propagation de ces ondes en N à travers la nacelle, produisant du bruit dont le spectre se compose des harmoniques de la fréquence de passage des aubes pour un rotor régulier, et des harmoniques aux fréquences multiples de la rotation du rotor (FMR) pour un rotor irrégulier. Plusieurs approches analytiques et numériques ont été développées durant les 40 dernières années.Cette thèse relate dans un tout premier temps les principales théories de la propagation des ondes de choc ainsi que les modèles majeurs de génération de FMR. Une attention particulière est portée sur les liens entre les équations générales de la mécanique des fluides et ces modèles de propagation non linéaire afin de mettre en évidence les différentes hypothèses formulées dans ces modèles. Dans un deuxième temps, les principales méthodes semi-analytiques de génération et de propagation des chocs seront évaluées et comparées en les appliquant à des configurations de turboréacteurs. En outre, un nouveau modèle de génération de FMR basé sur des considérations géométriques est élaboré par l’intermédiaire d’une campagne d’essais comportant d’une part des mesures de signaux de pression dans la nacelle et d’autre part les mesures des angles de calage des aubes pendant le fonctionnement du moteur. Le deuxième volet de la thèse concerne le développement d’une méthodologie de simulation numérique basée sur l’utilisation du code elsA de l’ONERA en résolvant les équations d’Euler (approche CAA). L’objectif de cette approche est de s’affranchir des limitations des modèles de propagation semi-analytiques et de tenir compte de la géométrie réelle de la nacelle ainsi que d’un écoulement réaliste. Des ondes de choc régulières et irrégulières sont directement injectées dans un plan proche de la soufflante et se propagent en remontant l’écoulement. Ces ondes de choc sont injectées par l’intermédiaire d’une condition limite de non-réflexion qui nécessite d’imposer le champ conservatif. La signature des chocs peut provenir d’un RANS, de mesures ou d’un signal analytique. Étant donné que les mesures ou le signal théorique ne permettent d’obtenir que la pression, une méthode de reconstruction du champ conservatif à partir des variations de pression induites par le choc a été élaborée. Cette méthode d’injection est tout d’abord appliquée à un conduit annulaire infiniment mince et validée par la méthode de propagation semi-analytique de McAlpine & Fisher. Ensuite, les effets de propagation 3D sont étudiés en augmentant l’épaisseur du conduit. Enfin, la méthode CAA est appliquée à des configurations de turboréacteurs modernes et des ondes de choc régulières et irrégulières sont propagées numériquement. Les résultats sont comparés aux solutions RANS ainsi qu’aux mesures disponibles.
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Acoustique [physics.class-ph]. Ecole nationale supérieure d'arts et métiers - ENSAM, 2015. Français. 〈NNT : 2015ENAM0054〉
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Soumis le : jeudi 12 mai 2016 - 17:21:16
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Johan Thisse. Prévision du bruit d'onde de choc d'un turboréacteur en régime transsonique par des méthodes analytiques et numériques. Acoustique [physics.class-ph]. Ecole nationale supérieure d'arts et métiers - ENSAM, 2015. Français. 〈NNT : 2015ENAM0054〉. 〈tel-01315146〉

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