Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique - UMR 5509

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Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique
Lyon
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Soutenance de thèse ECL

Danny Lewis

Lundi 16 novembre 2020, 14h30, visioconférence

Danny Lewis

From analytical to fully numerical predictions of the broadband noise radiated by a full fan-OGV stage.

Composition du Jury :

- Paola Cinnella, Professeur Art & Métiers ParisTech, Rapporteure
- Florent Duchaine, Directeur de recherche CERFACS, Rapporteur
- Benjamin François, Docteur ONERA, Examinateur
- Fernando Gea Aguilera, Docteur, Safran Aircraft Engines, Invité
- Sheryl Grace, Professeur Boston University, Examinatrice
- Marc Jacob, Professeur École Centrale de Lyon, Directeur de thèse
- Stéphane Moreau, Professeur Université de Sherbrooke, Directeur de thèse
- Michel Roger, Professeur École Centrale de Lyon, Examinateur
- Marlène Sanjosé, Professeur ÉTS Montréal Examinatrice

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Résumé
L’étage de soufflante des turboréacteurs est actuellement considéré comme l’une des principales sources de bruit d’un avion, en particulier en phase d’approche et de décollage. Face à une règlementation de plus en plus contraignante vis à vis de la pollution sonore, et par anticipation de l’intensification du bruit de soufflante induite par les futures configurations à très fort taux de dilution, un certain nombre d’initiatives ont été prises dans le but de limiter l’émission de bruit par les moteurs. Elles portent cependant majoritairement sur la composante tonale du bruit, tandis que le bruit à large bande n’a été réduit que de manière marginale. Ce dernier provient de l’interaction de structures turbulentes avec les surfaces solides du moteur telles que son carénage, les pales du rotor ou les aubes du stator. Cette composante du bruit est majoritairement produite par le mécanisme d’interaction rotor-stator, également responsable d’une partie du bruit tonal, notamment en phase d’approche et de décollage. Ce dernier résulte de l’impact des sillages turbulents du rotor sur le stator de l’étage de soufflante (OGV), générant ainsi des fluctuations de charge sur les aubes du stator. Le présente thèse propose une étude de ce mécanisme et plus particulièrement de sa composante à large bande. Elle a notamment pour but d’évaluer la capacité de deux méthodes à fournir des prédictions de bruit à large bande fiables. Ces deux méthodes définissent l’état de l’art actuel et proposent deux niveaux différents de coût et de précision. La première couple une simulation d’écoulement par la méthode des équations de Navier-Stokes moyennées (RANS) avec des modèles analytiques de prédiction de bruit. Cette méthode permet d’estimer le bruit à large bande d’interaction rotor-stator et est particulièrement adaptée aux étapes de pré-conception dans le contexte industriel grâce à son faible coût. La seconde est une méthode numérique hybride couplant une simulation aux grandes échelles (LES), permettant de calculer les sources acoustiques au sein de l’étage de soufflante, avec une analogie acoustique, en charge de la propagation en champ lointain du bruit émis par ces dernières. Cette méthode, qui est l’une des plus avancées pour ce type de problématique, fournit des prédictions de bruit à large bande plus précises mais requiert l’utilisation d’importantes ressources de calcul. Les deux approches sont appliquées à une géométrie représentative d’un étage de soufflante en phase d’approche, et directement confrontées à travers une étude aérodynamique et acoustique complète. La capacité des deux approches à fournir des prédictions de bruit fiables est démontrée, en particulier pour la seconde méthode un gain substantiel de précision est observé, mais requiert un coût de calcul supplémentaire important. L’impact des hypothèses de modélisation de chaque méthode sur la fiabilité de leurs prédictions acoustiques respectives est évalué, et les particularités de l’écoulement caractérisant la phase d’approche sont mises en évidence. Par ailleurs, des sources de bruit à large bande supplémentaires sont identifiées sur le rotor et le stator, et leurs contributions respectives au bruit à large bande total sont estimées et comparées à celle du mécanisme d’interaction rotor-stator, révélant que ce dernier n’est pas nécessairement l’unique source de bruit prépondérante en phase d’approche.

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