Journée Iroqua 2015 - Le programme

Journée Iroqua 2015

Programme Final

Onera, Châtillon
Salle Contensou

16 novembre 2015

 

 

Matin – Bilan & Restitution des projets FRAE-ANR

 

9h30         Accueil des participants

10h00       Introduction, Laurent Leylekian (Onera, Directeur du Programme Iroqua)

10h15       Recherche sur l'évaluation du désagrément sonore dû aux passages d'avions
Projet PARASOFT, Catherine Lavandier (Université de Cergy-Pontoise)

10h45       Source direct et indirect en combustion pour la mesure et la réduction du bruit
Projet DISCERN, Sébastien Ducruix (EM2C, Ecole Centrale de Paris)

11h15       Méthodes inverses pour la caractérisation de sources aéroacoustiques en turbomachines
Projet SEMAFOR, Daniel Juvé (LMFA, Ecole Centrale de Lyon)

11h45       Sources du bruit de couche limite dans les moyens de transport
Projet
SONOBL, Xavier Gloerfelt (DynFluid, ENSAM)

 

12h15 – Pause déjeuner

 

Après-midi – Présentation des travaux des doctorants

 

13h30       Caractérisation de l'impact sonore autour des aéroports par le niveau de tolérance du marché immobilier
Noelvia Sedoarisoa (Université de Cergy-Pontoise), Travaux présentés par Catherine Lavandier (Université de Cergy-Pontoise)

13h50       Étude et modélisation du phénomène de diffusion acoustique par une simulation numérique aux grandes échelles           
Iannis Bennaceur (Onera)

14h20       Modélisation de la pression pariétale sous une couche limite turbulente en présence de gradients de pression                           
Miloud Alaoui (DynFluid, ENSAM)

14h40       Etude expérimentale et théorique du couplage thermoacoustique dans un foyer de combustion de turbomachine diphasique
Julien Apeloig (Onera), Travaux présentés par Frank Simon (Onera)

15h00 – Pause-café

15h30       Études sur le bruit de combustion d'une chambre de combustion tourbillonnaire avec une tuyère à chocs à l'aide de tests de diagnostic à haute vitesse
Marek Mazur (EM2C, Ecole Centrale de Paris)

15h50       Expérimentation numérique pour l'étude aéroacoustique de l'interaction orthogonale pale/tourbillon
Paul Zehner
(Onera)

16h20       Prédiction du bruit d’écoulements à faible nombre de Mach en présence d’obstacle non-compact
Nicolas Papaxanthos
(UTC)

 

16h40       Fin de la journée Iroqua


Les Résumés des Travaux de Thèse

Étude et modélisation du phénomène de diffusion acoustique par une simulation numérique aux grandes échelles

Iannis Bennaceur

 

Résumé:

Dans les souffleries à veine ouverte, le bruit émis par une maquette à l'intérieur de l'écoulement doit passer à travers une couche de cisaillement turbulente avant d'être reçu par les microphones placés en dehors de l'écoulement. L'onde acoustique subit alors des effets de convection, de réfraction par le champ de vitesse moyen et de diffusion par la turbulence de la couche de cisaillement. Les effets de diffusion sont particulièrement visibles à hautes fréquences et peuvent modifier le signal de telle sorte qu'il soit difficile d'estimer le niveau acoustique initialement émis.

Le but de cette étude est de réaliser une LES d'une couche de cisaillement turbulente plane aussi fidèle que possible, d'injecter une source acoustique d'un côté de la couche de cisaillement et d'étudier les signaux de pression diffusé de l'autre côté. Nous validerons nos résultats à l'aide des travaux expérimentaux menés par une équipe de l'ONERA dans les années 75-85 ainsi qu'avec des expériences plus récentes.

 

Une Simulation numérique pour l’étude aéroacoustique de l’interaction orthogonale pale/vortex

Paul Zehner

 

Résumé:

La réponse aéroacoustique de l'interaction orthogonale entre une pale en rotation et un tourbillon isolé est étudiée par simulation numérique. Cette étude, réalisée dans un contexte de réduction du bruit des avions à hélices simples et contrarotatives, doit permettre de mieux caractériser l'influence de la géométrie de la pale et des propriétés du tourbillon sur le bruit rayonné. L'analyse porte à la fois sur la réponse aérodynamique en champ proche et sur le rayonnement acoustique en champ lointain.

 

Caractérisation de l'impact sonore autour des aéroports par le niveau de tolérance du marché immobilier: Cas de Roissy-Charles de Gaulle

Noelvia Sedoarisoa ; Travaux présentés par Catherine Lavandier

 

Résumé:

Le niveau de tolérance (Community Tolerance Level) est un nouvel indicateur qui caractérise l'impact du bruit sur les populations. Il correspond au niveau d'exposition LDEN pour lequel 50% de la population est extrêmement gênée. Inspirée par cet indicateur, la recherche effectuée dans le cadre de la thèse de Noelvia Sedoarisoa propose de calculer le niveau de tolérance du marché immobilier (Real Estate Tolerance Level). Cet indicateur correspond au niveau d'exposition sonore pour lequel la valeur d'un bien est limitée à 50% de la valeur qu'il aurait s'il était situé, toute chose égale par ailleurs, dans une zone dont le niveau d'exposition serait inférieur à 50 dB(A).

Cette recherche s'appuie sur le croisement de différentes bases de données (base notariale BIEN, courbes d'environnement sonore CES et base géographique GIS) dans un modèle de prix hédoniques. Les résultats montrent que la décote des prix immobiliers reflète exactement les pourcentages de personnes extrêmement gênées suivant les courbes de Miedema. Le calcul du RETL autour de Roissy Charles de Gaules est égal au CTL moyen de 43 aéroports internationaux. Les recherches doivent être poursuivies pour valider sur d'autres aéroports le lien qui existe entre ces deux indicateurs. Si ce lien s'avère robuste, alors le RETL pourrait être calculé très régulièrement. Il permettrait, sans avoir besoin d'avoir recours à des enquêtes de terrain auprès des résidents, de suivre l'évolution dans le temps de la tolérance des populations.

 

Prédiction du bruit d’écoulements à faible nombre de Mach en présence d’obstacle non-compact

Nicolas Papaxanthos (UTC)

 

Résumé:

Afin d’évaluer le bruit aéroacoustique, l'équation de Lighthill reste l'analogie la plus largement utilisée en particulier en raison de sa mise en œuvre numérique pratique. L’utilisation de sa forme intégrale est particulièrement justifiée à faible nombre de Mach car certaines hypothèses peuvent rendre sa résolution numériquement très attrayante. Pour le cas bien connu de l’écoulement passant un cylindre compact, une CFD incompressible avec un stockage de données réduit est suffisant pour estimer le bruit rayonné. En pratique, les obstacles sont généralement non-compactes ou le deviennent avec l'augmentation de la fréquence et les précédentes hypothèses doivent être revues.

Une autre formulation intégrale simplifiée de l'équation de Lighthill a récemment été identifiée pour les cas non-compacts et facilite aussi grandement le processus. Les hypothèses connexes sont rappelées et exposées à un cas réel: l'insertion d'un obstacle passif dans un conduit d’air non-compact.

 

Modélisation de la pression pariétale sous une couche limite turbulente en présence de gradients de pression

Miloud Alaoui (DynFluid, ENSAM)

 

Résumé:

Le cadre de l’étude est l’amélioration de la compréhension et de la prédiction du bruit à l’intérieur d’un cockpit d’avion. La courbure induit en effet des gradients de pression locaux qui changent la nature de la couche limite turbulente excitatrice des modes de la structure et les modèles semi-empiriques classiques peinent à reproduire ces effets. L’objectif est d’une part de mieux comprendre comment la modification des caractéristiques de la couche limite turbulente en présence d’un gradient de pression favorable ou adverse va impacter les caractéristiques spectrales de la pression pariétale sur le fuselage et, d’autre part, d’améliorer les modèles statistiques existants qui servent d’entrée aux codes de vibroacoustique qui fournissent le bruit interne

 

Études sur le bruit de combustion d'une chambre de combustion tourbillonnaire avec une tuyère à chocs à l'aide de tests de diagnostic à haute vitesse

Marek Mazur (EM2C, Ecole Centrale de Paris)

 

Résumé

La combustion est aujourd’hui considérée comme un contributeur important du bruit interne des moteurs d'avions. Ce contributeur peut être divisé en deux parties. Le bruit de combustion direct est directement provoqué par les fluctuations de la surface de flamme, tandis que le bruit de combustion indirect est causé par l'accélération des variations d'entropie des gaz brûlés à travers la tuyère (ou les premiers étages de la turbine). Les deux sources émettent du son lors de l'interaction avec les premiers étages de la turbine. L'objectif du présent projet est de générer une base de données expérimentale ainsi que de développer une meilleure compréhension des phénomènes physiques mis en jeu à l'aide d'une chambre de combustion sous pression avec une flamme tourbillonnaire [« swirlée »] et avec une tuyère à chocs.

Pour ce faire, une chambre de combustion à échelle réduite a été développée dans le cadre du projet RECORD (REsearch on Core nOise ReDuction. Elle contient à la fois un injecteur d'admission tangentiel créant un flux de pré-mélange tourbillonnaire [« swirlé »] et un flux d'air axial. Côté amont, un système de contrôle d'impédance est installé tandis qu’en aval la tuyère d'échappement est choquée dans les conditions choisies. Cette tuyère peut être facilement modifiée pour étudier son influence sur la génération de bruit et a été optimisée dans la présente étude pour un bruit de combustion indirecte maximal par rapport au bruit de combustion direct. La pression moyenne de la chambre peut être fixée au-delà de 0,2 MPa pour les points de fonctionnement ciblés.

La chambre de combustion comprend de grandes fenêtres permettant d’effectuer des diagnostics sur la flamme par des méthodes optiques. Elle dispose également de divers emplacements pour des capteurs qui permettent des mesures précises de pression et de température au sein des champs thermiques et acoustiques présents dans la chambre.

Pour la présente étude, deux points de fonctionnement ont été choisis montrant différents comportements acoustiques et dynamiques. Plusieurs mesures ont été effectuées sur le dispositif de combustion à ces points de fonctionnement. Des mesures de PIV à grande vitesse (c’est-à-dire des images tomographiques haute vitesse traitées par des algorithmes de PIV classique) synchronisés avec des mesures de pression à l'intérieur de la chambre ont été réalisées pour différentes positions proches de l'injecteur et à proximité de la tuyère. Ces mesures permettent d'obtenir un lien direct entre la dynamique d'écoulement et le comportement acoustique de la chambre de combustion, montrant en particulier les distributions spatiales des modes propres sur le champ de vitesse. En outre, les mesures par photomultiplicateurs ainsi que des images de chimioluminescence haute vitesse des radicaux *OH, synchronisées avec les capteurs de pression de chambre, donnent un premier aperçu sur les taux de fluctuation des dégagements locaux de chaleur. Ces mesures synchronisées sont utilisées pour corréler spatialement les fluctuations de pression avec les champs de vitesses, ainsi que les champs de chimioluminescence *OH en utilisant des techniques de post-traitement avancées. Il en résulte des premiers aperçus sur le couplage complexe entre combustion et acoustique dans la chambre de combustion.

Dans une seconde campagne, des mesures interférométriques ont été effectuées dans la région de la tuyère afin d'obtenir des mesures des fluctuations de densité, qui peuvent être liés au bruit d'entropie. Via la séparation du plan d’ondes, les contributions de bruit direct et indirect sont déterminées. Les deux campagnes de mesure montrent que le comportement acoustique dépend très étroitement de la géométrie de la chambre et en particulier du système d'injection pour la configuration choisie. Dans la configuration existante, l'acoustique est dominée par les fréquences propres de la chambre et donc par le bruit de combustion direct.

Bien que le bruit d'entropie n’ait pu être fortement établi dans notre cas, la méthodologie proposée est prometteuse pour une application générale.

 

 

Etude expérimentale et théorique du couplage thermoacoustique dans un foyer de combustion de turbomachine diphasique

Julien Apeloig (Onera), Travaux présentés par Frank Simon (Onera)

 

Résumé

Le travail présenté concerne l'étude des instabilités thermo-acoustiques apparaissant dans une chambre de combustion aéronautique. Le montage expérimental permet de faire varier continument les fréquences de résonances et de passer pour une même condition d'écoulement, d'un régime de combustion stable à un régime instable. La caractérisation complète d'un cas instable comprend une mesure des conditions acoustiques aux limites du banc, une analyse du comportement des phases liquide et évaporée, de celui du dégagement de chaleur instationnaire et une mesure de la fonction de transfert de la flamme. Ces travaux ont mis en évidence trois phénomènes jouant sur l’injection cyclique de carburant liquide. Les temps caractéristiques des différents phénomènes intervenant dans le couplage thermo acoustique et une distribution spatiale de l'indice de Rayleigh sont présentés