Les approches numériques pour la prévision du bruit de profil à large bande ont longtemps été inaccessibles, ce qui justifie le développement massif des modèles de réponse de grille sou- mis à une perturbation turbulente. Les modèles les plus réalistes sont fondés sur des approches semi-analytiques qui nécessitent des techniques de résolutions numériques, augmentant alors de façon considérable la complexité de leur exécution ainsi que leur coût. En dépit de ces efforts, la caractérisation de géométries tridimensionnelles induisant des effets fortement instationnaires demeure hors de leur portée. L’essor des performances informatiques ont rendu les approches nu- mériques plus accessibles. Cependant, leur développement tardif en comparaison aux méthodes numériques pour les sources périodiques explique que les approches directes n’aient fait l’objet que de très rares études, laissées pour l’heure à l’usage des méthodes de lattice Boltzmann. Le calcul numérique des sillages turbulents et des sources induites par ces perturbations peut se faire de deux manières : soit au moyen d’une approche stochastique, soit par une simulation ins- tationnaire de type LES. Les méthodes stochastiques ont l’avantage de permettre de respecter les caractéristiques spectrales prescrites à moindre coût, alors que les approches LES demandent encore un temps d’exécution trop long et leurs applications sont limitées par la taille des échelles de turbulence résolues, et ainsi par les fréquences considérées. En revanche, seules les approches LES sont capables de fournir une restitution fidèle de la turbulence d’un sillage avec prise en compte d’effets géométriques tridimensionnels, là où les approches stochastiques impliquent gé- néralement des modèles semi-empiriques bidimensionnels faisant l’hypothèse d’une turbulence homogène et isotrope. Le développement récent des approches hybrides RANS/LES offre le meilleur compromis “coût numérique” et “contenu physique”, comme notamment la méthode ZDES. En effet, celle-ci autorise de sélectionner individuellement les zones RANS et DES, ce qui permet de contrôler le rôle de chaque région qui est alors résolue avec la méthode la plus adaptée. Cette méthode a été validée sur différentes configurations d’écoulements, notamment sur l’écoulement de jeu d’un compresseur axial.
Ainsi, notre besoin étant de caractériser précisément les caractéristiques spatio-temporelles du sillage turbulent du rotor, accentué de plus par les effets tridimensionnels de la géométrie des
pales, nous choisissons d’adopter une approche ZDES. Cependant, la nécessité de représenter la géométrie complète d’une aube du rotor oblige à se restreindre à la simulation des perturbations turbulentes du sillage d’une aube isolée. Par conséquent, le stator n’est pas simulé et le calcul CFD ne permet donc pas de fournir les sources acoustiques sur les aubes du redresseur. Notons qu’une telle simulation donne accès aux sources liées au bruit propre du rotor, mais ce dernier ne fait pas l’objet de notre investigation.
Pour le calcul des sources et de leur propagation à partir des sillages du rotor, notre choix aurait pu se porter sur un calcul Euler pour caractériser les effets liés à l’hétérogénéité du stator et à la présence des bifurcations. Cependant une méthode numérique supplémentaire est trop coûteuse à mettre en œuvre. Par ailleurs, la méthode semi-analytique des surfaces portantes de Zhang [88] présenterait un compromis avantageux entre une approche purement analytique et une méthode CAA, mais une telle approche nécessiterait des développements complexes non envisageables dans le temps imparti de cette thèse. Finalement nous proposons donc d’utiliser le modèle d’Amiet [6] étendu par Reboul [7] pour la prise en compte d’un conduit annulaire. Les hypothèses restrictives du modèle d’Amiet impliquent notamment la modélisation du stator par une plaque plane, sans prise en compte de l’effet de grille. Par ce choix nous faisons donc l’impasse sur la caractérisation des effets technologiques du stator pour la prévision du bruit à large bande. Ce compromis est justifié par notre motivation de montrer l’apport d’une ZDES pour caractériser finement le sillage turbulent du rotor, face à l’approche stochastique usuelle utilisant une modélisation THI des spectres de turbulence. Par ailleurs il est proposé de valider les spectres de vitesse turbulente fournis par la ZDES au moyen des données expérimentales disponibles, ainsi que de comparer les prévisions acoustiques à celles issues d’une approche RANS classique.
Description des essais disponibles et des
méthodes utilisées pour la prévision du bruit
d’interaction
Ce chapitre a pour objectif de fournir au lecteur une description non exhaustive des essais et des méthodes sur lesquels reposent ces travaux de thèse. Tout d’abord, l’accent est porté en II.1sur la description des spécificités innovantes de la nouvelle architecture de soufflante et des essais disponibles issus de la campagne expérimentale réalisée au banc RACE. D’autre part, une description des approches numériques et des modèles de post-traitements acoustiques sur lesquels est fondée notre démarche est respectivement proposée en II.2et II.3. Ce complément technique concerne les outils n’ayant pas fait l’objet de développements spécifiques au cours de ces travaux de thèse, le lecteur est invité à s’y reporter tout au long du manuscrit.
1 Description de la soufflante du banc RACE et des es-
sais disponibles
Dans cette section une description de la soufflante de nouvelle génération de Snecma est proposée, ainsi que de la campagne expérimentale réalisée au banc RACE ayant testée cette architecture. Seuls les essais aérodynamiques et acoustiques exploités pour aider à la validation des méthodes développées dans le cadre de cette thèse sont abordés.