Caractérisation numérique et expérimentale des effets d'installation acoustiques sur le bruit des soufflantes

Auteurs: 

D.C. Mincu, E. Manoha (Onera)

Dans le cadre des deux grands projets de recherche européens, NACRE et OPENAIR, le potentiel acoustique d’installations innovantes de turboréacteurs coaxiaux sur le bruit aval des soufflantes a été évalué. Trois concepts différents d'installation sont considérés : un moteur semi-enterré, une nacelle située à l'arrière du fuselage et, enfin, une nacelle avec une tuyère biseautée. L'objectif principal de ces concepts est de réduire le rayonnement acoustique des soufflantes vers le sol, sans pertes importantes des performances aérodynamiques. Cette évaluation s'appuie sur des simulations numériques réalisées avec les solveurs de l'Onera sAbrinA-V0 (CAA) et BEMUSE (BEM). Les configurations étudiées sont typiques des turboréacteurs à double flux coaxiaux avec un grand taux de dilution, comportant éventuellement les effets 3D dus à la bifurcation interne et au mât extérieur ou au fuselage. Pour obtenir un effet représentatif du bruit de soufflante, plusieurs niveaux de complexité sont utilisés pour la modélisation numérique des sources de bruit à l’intérieur de la nacelle. Les calculs acoustiques les plus avancés s'appuient sur une injection multimodale avec une phase aléatoire (RPMI), une technique innovante basée sur l'optimisation des phases modales, afin d'obtenir, avec un nombre minimum de calculs CAA, la contribution de tous les modes propagatifs avec une puissance acoustique uniformément répartie, sommés de façon décorrélée. La propagation du bruit prend également en compte les effets de réfraction acoustique, en raison des forts gradients de vitesse dans l'écoulement coaxial. De ce fait, des calculs de champs moyens non-homogènes RANS ont été conduits par l'ONERA, AIRBUS et SNECMA respectivement, pour la référence (moteur isolé) et les configurations installées, permettant ainsi de vérifier la conservation respective des performances aérodynamiques. Pour les trois configurations, l'effet de l'installation est évalué comme étant une combinaison (i) du résultat du calcul CAA dans le champ proche et (ii) d’une extrapolation dans le champ lointain, à l'aide des méthodes intégrales BEM ou Kirchhoff, pour tenir compte de la diffraction acoustique sur différentes parties du fuselage. Des avantages indéniables en matière de réduction du bruit par la mise en œuvre de ces installations sont mis en évidence. Toutefois, des études complémentaires sont encore nécessaires pour confirmer ces avantages, en particulier, sur l'amélioration de la modélisation des sources de bruit des soufflantes et sur l'optimisation du processus de diffraction acoustique.

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