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

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Soutenance de thèse ECL

Nassim Jaouani

Jeudi 12 janvier 2017- 14h30 - ECL - amphi 203

Nassim Jaouani

Modélisation des Effets d’Installation sur le Bruit de Raies Rayonné par les Hélices Contrarotatives

Les hélices contrarotatives constituent une alternative possible aux turboréacteurs pour les avions moyens-courriers. Réduisant significativement la consommation de carburant et les émissions de gaz à effet de serre, ils peuvent néanmoins conduire à un rayonnement sonore accru de part l’absence de carénage. Prédire correctement le rayonnement sonore de telles motorisations est donc indispensable pour réduire les mécanismes sources propres au moteur isolé ou assurer une solution d’installation acoustique optimale. Un tel objectif est abordé dans cette thèse en deux temps. Dans un premier temps, l’étude vise à prédire le bruit tonal rayonné par la première hélice d’un moteur monté à l’arrière du fuselage (configuration dite en pousseur), en considérant les effets du sillage du pylône supportant le moteur et de l’écoulement moyen. Partant du formalisme de Ffowcs Williams & Hawkings, trois sources sonores sont identifiées à cet effet. La charge instationnaire, tout d’abord, est calculée en s’appuyant sur une méthodologie similaire à celle utilisée pour la prédiction du bruit d’interaction de sillages entre les deux rotors. Le déficit de vitesse dans le sillage du mât est décomposé localement en rafales bidimensionnelles dans un répère attaché au rotor amont. La portance instationnaire induite par chaque rafale sur un segment de pale est calculée en utilisant une fonction de réponse analytique linéarisée considérant une géométrie réaliste. Deuxième contribution, la charge stationnaire est évaluée au moyen d’un logiciel s’appuyant sur la théorie de la ligne portante mais également via des simulations numériques pour différentes surfaces sources de référence. Enfin, le bruit d’épaisseur associé au déplacement du volume de la pale est inclus dans l’analyse à partir de la formulation d’Isom. D’après les hypothèses de l’acoustique linéaire, toutes ces sources modélisées comme des dipôles acoustiques tournant dans une atmosphère uniforme en mouvement sont ensuite sommées pour calculer le bruit en champ lointain. L’ensemble de la méthodologie est comparé à des données d’essai et des prédictions d’un logiciel de référence. Une étude paramétrique considérant plusieurs positionnements du pylône et des configurations avec soufflage est effectuée afin de bien mettre en évidence les contributions relatives des trois sources sonores. Dans un deuxième temps, le bruit d’interaction de sillages étant reconnu comme la contribution majoritaire en configuration isolée, sa modélisation est complétée en introduisant la dynamique du tourbillon se développant au voisinage du bord d’attaque du rotor aval. Une méthodologie semi-analytique est développée pour déterminer un tourbillon attaché au dessus d’une plaque plane plongée dans un écoulement uniforme avec incidence. Appliquée au cas d’une pale aval traversant le sillage du rotor amont, elle fournit une première estimation de la contribution sonore du tourbillon.

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Hélices contrarotatives en configuration pousseur (General Electric)

Composition du jury

Prof. Nicolas GOURDAIN ISAE - Supaero (Rapporteur)
Prof. Phillip JOSEPH ISVR (Rapporteur)
Prof. Sofiane KHELLADI ENSAM (Rapporteur)
Prof. Stéphane MOREAU Université de Sherbrooke (Examinateur)
Dr. Hélène POSSON Airbus Operations SAS (Examinateur)
Dr. Gilles RAHIER ONERA (Examinateur)
Dr. Gilles SERRE DCNS (Examinateur)
Prof. Michel ROGER Ecole Centrale de Lyon (Directeur de thèse)
Dr. Arnulfo CARAZO MENDEZ Airbus Operations SAS (Invité)
Mr.  Thomas NODE-LANGLOIS Airbus Operations SAS (Invité)

Mots clés : hélices contrarotatives, sillage avec soufflage, tourbillon de bord d’attaque, dipôle tournant, bruit d’épaisseur, méthode analytique, aérodynamique instationnaire, rayonnement acoustique, théorie potentielle complexe

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