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

LMFA - UMR 5509
Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique
Lyon
France


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Soutenance de thèse ECL

Simon Bouley

Vendredi 27 janvier 2017 - 14h30 - EM Lyon, Amphi 1, bât. A, niveau 3

Simon Bouley

Modélisations analytiques du bruit tonal d’interaction rotor / stator par la technique de raccordement modal

Jury
Pr. ANTONI Jérôme - LVA - Co-directeur de thèse
Pr. AURÉGAN Yves - LAUM - Rapporteur
Dr. INGENITO Johanna - Liebherr Aerospace - Examinatrice
Dr. LAFITTE Anthony - Safran Aircraft Engines - Invité
Pr. MOREAU Stéphane - Université de Sherbrooke - Examinateur
Ing. POLACSEK Cyril - ONERA - Invité
Dr. POSSON Hélène - Airbus Operations SAS - Invitée
Pr. ROGER Michel - LMFA - Directeur de thèse
Pr. SCHRAM Christophe - VKI - Rapporteur

Résumé
Le bruit tonal d’interaction rotor-stator, généré par l’impact des sillages issus des pales d’un rotor sur la grille d’aubes d’un stator redresseur, contribue de manière déterminante au bruit d’origine aérodynamique des turbomachines axiales carénées, qui équipent une large part des systèmes de propulsion aéronautique et de conditionnement d’air. La prédiction du bruit par l’utilisation de simulations numériques demeure onéreuse, notamment dans les premières phases de conception lorsque de nombreuses configurations doivent être testées. Dans cette optique, l’approche analytique choisie dans cette thèse apporte une alternative tout à fait appropriée. Les modèles analytiques basés sur une fonction de réponse aéroacoustique de profil isolé ne permettent pas de reproduire l’effet de grille engendré par le nombre important d’aubes de stator. Inversement, de fortes approximations sont nécessaires pour décliner les fonctions de réponse de grilles d’aubes existantes dans des configurations tridimensionnelles. Le formalisme proposé, basé sur la méthode de raccordement modal, permet d’introduire simplement l’effet de grille dans une géométrie annulaire d’étage rotor-stator. Un modèle de réponse de grille rectilinéaire bidimensionnel est tout d’abord présenté pour la transmission d’ondes acoustiques à travers le stator ainsi que pour la génération de bruit par l’impact de rafales hydrodynamiques. Dans ce cadre, une analyse linéaire et non visqueuse est considérée, pour laquelle les modes acoustique et tourbillonnaire d’un gaz sont couplés par le biais des frontières rigides. Les perturbations de vitesses liées aux sillages sont modélisées comme des rafales convectées. Leur impact sur la grille de stator génère des ondes acoustiques se propageant en amont, en aval ainsi que dans les espaces inter-aubes du stator, vu comme un réseau périodique de guides d’ondes. Les sections de bords d’attaque et de fuite des aubes sont considérées comme des interfaces sur lesquelles la continuité des fluctuations de pression, de vitesse axiale et de vorticité est vérifiée. Un système d’équations est ainsi obtenu, puis résolu par des projections sur les bases modales du conduit et des inversions matricielles. Le champ acoustique rayonné est ainsi déterminé uniformément dans tout le domaine. Les résultats issus de ces modélisations sont comparés à ceux des fonctions de réponse de grilles d’aubes rectilinéaires issues de la littérature, montrant un très bon accord avec les modèles basés sur la technique de Wiener-Hopf. Le formalisme est par la suite étendu aux grilles annulaires par l’ajout de fonctions de Bessel comme fonctions de forme radiale exprimant les effets tridimensionnels. Finalement, une procédure est présentée pour rendre compte de l’hétérogénéité des aubes de stator, caractéristique des nouvelles architectures de turbomachines. Cette méthodologie est basée sur l’emploi conjoint du principe du dipôle de bord d’attaque et de la fonction de réponse aéracoustique de la grille de stator à l’aide de la technique de raccordement modal. Le principe de dipôle de bord identifie le chargement instationnaire des aubes induit par l’impact de rafales hydrodynamiques, calculé par le formalisme d’Amiet, avec la trace du champ de pression acoustique produit par un dipôle placé au voisinage du bord de l’aube. Les prédictions issues de ce modèle, appliqué dans un cadre bidimensionnel, sont ensuite comparées à des mesures obtenues pendant la campagne d’essais du projet SEMAFOR.

Agenda

  • Vendredi 27 janvier 14:30-16:30 -

    Soutenance de thèse ECL : Simon Bouley

    Lieu : EM Lyon, Bât A, niveau 3


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