5.2 Bruit tonal d’un profil NACA0012 en 2D
5.2.5 Champs moyens
Selon Lowson et al. [120], l’apparition de mode discrets dans le spectre est corrélée à la présence d’une bulle de recirculation à l’intrados. La zone de recirculation n’est présente que dans le cas α = 2◦ comme le montre la figure 5.17. Pour α = 3◦, l’écoulement moyen ne comporte aucune zone
avec un écoulement inverse.
Fig. 5.17 – Visualisation de la zone de recirculation au niveau de l’intrados. En haut, α = 2◦ et en bas,
α = 3◦.
5.2.6
Conclusion
La courbe de Lowson et al. [120] délimitant les conditions d’écoulement pour lesquelles un mécanisme de génération de bruit tonal est attendu ne constitue par une frontière nette. Nous avons vu que pour un nombre de Reynolds donné, la variation de l’angle d’incidence du profil influait sur la génération de bruit tonal. Pour certains angles d’incidence, le bruit tonal est moins marqué mais est toujours présent. Il est vrai que dans certaines configurations ce mécanisme génére un contenu spectral très particulier. La résonance la plus nette apparaît dans la configuration α = 3◦ pour laquelle aucune
bulle de recirculation n’est décelable à l’intrados près du bord de fuite. Ceci montre que la présence d’une bulle laminaire n’est pas non plus une condition nécessaire pour l’apparition du bruit tonal. La formation de paires de tourbillons dans le sillage du profil et la présence d’enroulements sur l’extrados pour les forts angles d’incidence révèlent les limites d’une approche en 2D. La réalisation de simulations en 3D doit considérablement modifier la présence de ces mécanismes de génération de bruit tonal. En effet, selon Desquesnes et al. [45] les fréquences secondaires seraient dues à l’existence d’un cycle périodique de phase /anti-phase entre les instabilités se développant sur chacune des faces du profil. Avec le passage en 3D, ces structures peuvent ne plus être aussi cohérentes et les fréquences secondaires pourraient totalement disparaître. La diffraction des structures turbulentes
par le bord de fuite donnera toujours au spectre une composante large bande, et la présence d’une allée tourbillonnaire dans le sillage pourra donner un mode discret. Les principales limitations d’un passage en 3D sont : un coût de calcul bien supérieur et la gestion de la transition des couches limites vers la turbulence.
5.3
Effets du confinement expérimental
L’un des aspects primordiaux des expériences en soufflerie est que la soufflerie ainsi que le montage expérimental ne doivent pas avoir d’influence sur l’écoulement se développant autour du profil. Le National Advisory Committee for Aeronautics (NACA) s’est intéressé dès les années 1940 au profil de type NACA afin de caractériser les couches limites, les sillages et d’étudier les phénomènes de tran- sition. Silverstein et Becker [159] ont étudié en 1939 l’effet de la portance, du nombre de Reynolds et de l’épaisseur du profil sur la transition des couches limites sur des profils NACA0009, NACA0012 et NACA0018. L’étude de la position de la transition est fondamentale dans l’estimation du coefficient de portance. En effet, le coefficient de frottement pariétal est bien plus important dans le cas d’une couche limite turbulente que dans le cas d’une couche limite laminaire. En 1940, Von Doenhoff [46] a mené une campagne expérimentale sur un profil NACA0012 sans incidence à des nombres de Rey- nolds basés sur la corde de 2.657 × 106, 3.780 × 106, 5.350 × 106 et 7.560 × 106 afin de comparer ses
résultats avec ceux de Silverstein et Becker [159]. Il avait aussi pour but de montrer que les condi- tions expérimentales (taille de la veine expérimentale et taux de turbulence) peuvent sensiblement modifier les résultats obtenus. La comparaison de ces résultats avec des campagnes antérieures lui a aussi permis de caractériser les taux de turbulence relatifs des différents moyens expérimentaux mis en oeuvre. La même année, Becker [8] a mené une campagne d’essai similaire à celle de Von Doenhoff [46], afin d’estimer l’influence du dispositif expérimental mis en oeuvre. Deux profils, un NACA0012 et un NACA23013 ont été étudiés dans une soufflerie dont la veine fait 8 pieds pour des nombres de Reynolds compris entre 1.6×106 et 16.8×106. On peut aussi citer les travaux non terminés de Jansen
[94] qui a vérifié que les parois de la veine expérimentale ont dans sa configuration (profil NACA4412 à Reynolds 1.64 × 106, Mach 0.2 et α = 12◦) peu d’influence sur l’écoulement qui se développe autour
du profil. Cependant, il remarque que dans les travaux expérimentaux de Coles et Wadcock [34], la portance maximale est obtenue pour α = 13.7◦, alors que dans les travaux de Wadcock [187] α
vaut 12◦. Les expériences de Coles et Wadcock [34] souffrent donc certainement d’un phénomène de
déviation du jet de la soufflerie du Caltech. Encore plus près de nous, d’autres auteurs se sont aussi spécifiquement intéressés à l’influence de la soufflerie sur les résultats expérimentaux. Par exemple, Moreau et al. [137, 136] ont étudié l’influence de leur montage expérimental afin de réaliser des com- paraisons avec des simulations RANS en champ libre. Ils ont clairement mis en évidence dans leurs travaux des différences sur les champs aérodynamique et acoustique, différences expliquées par la présence d’effets d’interférence dans le jet de la soufflerie. Le profil a été étudié à Reynolds 1.2 × 105
dans une soufflerie anéchoïque à jet libre. On voit bien au travers de l’ensemble de ces travaux, que les moyens expérimentaux peuvent avoir une influence non négligeable sur l’estimation des performances d’un profil.
Nous nous proposons dans ce paragraphe d’étudier numériquement l’influence du confinement expéri- mental, créé par les parois des souffleries, sur les champs aérodynamique et acoustique. La principale question que l’on peut se poser est la suivante : les résultats expérimentaux obtenus dans des souf- fleries à veine fermée peuvent ils être utilisés pour valider des simulations numériques réalisées en champ libre ? Généralement en CFD, les conditions limites sont imposées très loin du profil, afin
5.3. EFFETS DU CONFINEMENT EXPÉRIMENTAL 157 que celles-ci n’aient aucune influence sur les résultats numériques. En DNC, le principal objectif est d’obtenir directement le champ acoustique généré par l’écoulement autour du profil et de le propager dans l’ensemble du domaine de calcul. La résolution spatiale du maillage doit être suffisante en champ lointain pour supporter le champ acoustique. Dans notre cas, grâce à l’utilisation de schémas aux différences finies optimisés dans l’espace des nombres d’onde, environ cinq points par longueur d’onde sont suffisants pour supporter un signal. Le fait de devoir conserver le champ acoustique en champ lointain, tout en conservant un nombre raisonnable de points dans l’ensemble du domaine de calcul, ne permet pas d’étendre le domaine de calcul au delà de plusieurs cordes de profil. Par conséquent, les conditions aux limites sont plus proches du profil en CAA qu’en CFD. Afin de pallier à cette relative proximité et d’éviter des réflexions numériques parasites en sortie de domaine, des conditions aux limites de non réflexion sont utilisées (cf. §1.5.2 et §1.5.3).