Contrˆole passif

Parmi les nombreuses tentatives de r´eduction du bruit g´en´er´e par les ´ecoulements de cavit´e, les plus intuitives m`enent `a de simples modifications de g´eom´etries visant soit `a adoucir les bords amont et aval, soit `a soustraire la couche de m´elange `a son interaction avec le bord aval.

4.1.1.1 Modifications g´eom´etriques

Les premi`eres modifications g´eom´etriques effectu´ees sur les cavit´es consistent `a abaisser le bord aval sous le niveau minimal atteint par la couche de m´elange oscillante.

Heller & Bliss [32] ont propos´e `a cet effet certaines modifications qui ont permis une r´eduction signi-ficative du bruit g´en´er´e par les oscillations. Par la suite, Shaw [73] a proc´ed´e `a quelques essais sur un appareil en vol supersonique portant une cavit´e modifi´ee comme indiqu´e en figure 4.1. Ses r´esultats montrent que la transformation du bord aval en une rampe peut att´enuer le couplage longitudinal sans toutefois le faire disparaˆıtre. Il en r´esulte une diminution d’environ 15 dB du bruit mesur´e en fond de

cavit´e. Cet effet peut ˆetre am´elior´e par l’ajout d’un spoiler au niveau du bord amont, la d´eviation de la couche de m´elange conduisant alors `a la disparition du couplage dont il ne reste qu’un bruit large bande r´esiduel, r´eduit de 30 dB. Au contraire, l’ajout d’un profil d’aile au dessus du bord aval favorise le recollement de la couche de m´elange et provoque l’apparition d’un couplage longitudinal d’intensit´e comparable au couplage initial, mais d’une fr´equence diff´erente.

Il apparaˆıt donc que ce type de solution peut effectivement conduire `a une d´estabilisation signi-ficative du couplage fluide-r´esonant longitudinal. N´eanmoins, les oscillations naturelles de la couche de m´elange persistent et peuvent, en cas de rattachement au bord aval, provoquer la r´eapparition de ph´enom`enes auto-entretenus.

U

(a) (b) (c)

FIG. 4.1:Dispositifs de suppression du couplage a´eroacoustique ´etudi´es par Shaw [73].

4.1.1.2 Soufflage continu de la couche de m´elange

Suite `a ses exp´eriences sur des cavit´es axisym´etriques, Sarohia [71] a cherch´e `a d´evelopper une m´ethode de r´eduction des oscillations capable de s’adapter au r´egime d’´ecoulement. Il reprend l’id´ee consistant `a d´evier la couche de m´elange afin de supprimer son interaction avec le bord aval. Il met alors en œuvre un proc´ed´e de soufflage `a d´ebit constant depuis le fond de la cavit´e et ´etudie son effet sur les crit`eres d’apparition des oscillations. Sarohia montre ainsi qu’`a vitesse d’´ecoulement et profondeur de cavit´e connues, la valeur du d´ebit inject´e conditionne une longueur minimale de cavit´e au del`a de laquelle apparaˆıt n´ecessairement un r´egime d’oscillations. En d’autres termes, la g´eom´etrie de la cavit´e et le r´egime d’´ecoulement doivent permettre de d´eterminer un d´ebit d’injection permettant de supprimer les oscillations. Ses points exp´erimentaux pr´esent´es en figure 4.2 montrent cependant que la relation qui unit le d´ebit d’injection `a la configuration de l’´ecoulement n’est pas triviale. Les mesures de vitesses effectu´ees au sein de la couche de m´elange indiquent de plus que ce type de soufflage donne lieu `a l’apparition d’un bruit large bande `a basse fr´equence. Celui-ci r´ehausse alors le niveau initial de 1 dB `a 8 dB en ´ecoulement turbulent.

4.1.1.3 Excitation de la couche de m´elange `a fr´equence impos´ee

Un certain nombre de tentatives de r´eduction du bruit g´en´er´e en cavit´e consiste en un forc¸age p´eriodique des oscillations de la couche de m´elange `a une fr´equence largement inf´erieure `a celle de ses oscillations naturelles. Cette m´ethode peut ˆetre qualifi´ee de contrˆole “semi-actif” car la fr´equence d’ex-citation n’est pas adapt´ee `a la fr´equence initiale du ph´enom`ene. D’un point de vue ph´enom´enologique, le forc¸age `a basse fr´equence est destin´e `a transf´erer l’´energie des couplages a´eroacoustiques vers des

FIG. 4.2:Suppression des oscillations de cavit´e par injection de fluide [71].

structures `a plus grande ´echelle.

Sarno & Franke [69] ont exp´eriment´e ce principe d’action `a l’aide d’un spoiler mont´e sur le bord amont, puis avec un jet pulsant depuis le bord amont (Fig. 4.3). En r´egimes haut subsonique et supersonique, les vibrations du spoiler sur une gamme de 0 `a 100 Hz permettent de modifier l´eg`erement l’intensit´e des couplages r´esonants longitudinaux. Selon la fr´equence de vibration et le nombre de Mach, l’effet obtenu peut consister en une amplification comme une att´enuation du niveau sonore ´emis par le cou-plage. L’application de cette m´ethode avec un jet puls´e parall`ele `a la couche de m´elange ou redress´e de

45◦donne des r´esultats comparables `a ceux obtenus avec le spoiler. L`a encore, l’am´elioration apport´ee par ce dispositif est rendue plus al´eatoire en raison du niveau sonore ´emis par l’injection.

U

(a) (b)

ou 0˚ 45˚

FIG. 4.3:Actionneurs exp´eriment´es par Sarno & Franke [69] en vue d’un forc¸age basse fr´equence des

Ce type d’actionneur est toujours en cours d’exp´erimentation dans des configurations semblables. Shaw & Smith [72] ont pr´esent´e quelques principes d’optimisation `a apporter `a l’injecteur dans le but de r´eduire l’´emission de bruit parasite tout en am´eliorant l’action sur la couche de m´elange. Leurs r´esultats pr´esent´es en figure 4.4 montrent que l’injection p´eriodique de fluide parall`element `a la couche de m´elange depuis le bord amont permet une r´eduction de l’ensemble des modes a´eroacoustiques de 5 dB `a 15 dB.

FIG. 4.4: R´esultats de forc¸age `a basse fr´equence obtenus par Shaw & Smith [72] apr`es optimisation

des actionneurs.

Une variante de ce principe de contrˆole consiste `a imposer une contrainte `a haute fr´equence au point de s´eparation de la couche de m´elange. On recherche ici `a inhiber les modes a´eroacoustiques en excitant la couche de m´elange `a une fr´equence sup´erieure. Staneck et al. [74] comparent ainsi les performances de diverses installations g´en´erant un sillage instationnaire ou une r´esonance acoustique `a fr´equence fixe. Leurs r´esultats montrent que les sillages provoqu´es par un barreau ou un spoiler en dents de scie plac´e au bord amont interdisent la formation des structures tourbillonnaires `a grande ´echelle responsables du couplage fluide-r´esonant longitudinal. Ils obtiennent alors une r´eduction du niveau sonore des ´emergences a´eroacoustiques de 8 dB `a 20 dB. Leurs exp´eriences montrent ´egalement que l’insertion de tubes dont le mode r´esonant est excit´e par l’´ecoulement rasant en amont de la cavit´e ne conduit `a aucune att´enuation notable. Il apparaˆıt par contre que l’utilisation de tubes r´esonants du mˆeme type par lesquels est inject´e un d´ebit de fluide constant permet une att´enuation de l’ordre de 20 dB sur l’ensemble des ´emergences a´eroacoustiques. Il convient cependant de rapprocher ce r´esultat de celui obtenu par Sarohia avec une m´ethode de soufflage continu.