Brevet FR2931551A1 — publié le 20091127

Dispositif de mesure du champ sonore rayonné par une turbomachine en chambre sourde La présente invention concerne une installation d'essai de turbomachine en chambre sourde avec un dispositif de mesure des paramètres d'essai notamment de mesure du champ sonore rayonné par la turbomachine. Les installations de l'art antérieur à la connaissance du déposant permettant la caractérisation acoustique de maquettes de turbomachines disposent de moyens de mesures limités qui ne permettent pas de mesurer avec précision le bruit rayonné par la machine en essai. Dans le cas de machines tournantes les sources présentent le plus souvent une symétrie de révolution et on admet pour la certification du moteur que le diagramme de directivité du rayonnement conserve cette symétrie. Il suffit alors d'une mesure acoustique sur un arc de cercle de 0 à 180° pour caractériser le rayonnement acoustique de cette machine. Cette pratique est d'autant plus justifiée que la richesse modale est importante; c'est le cas sur un moteur. En effet les modes s'additionnent de façon incohérente pour produire un champ sonore relativement axisymétrique. En revanche dans une situation où il y a peu de modes azimutaux, aux basses fréquences, et que les modes excités ont pour origine des distorsions quasi stationnaires avec des relations de phase bien particulières, la combinaison de ces modes conduit généralement à des diagrammes de directivité asymétriques avec un rayonnement du bruit plus marqué à certains azimuts, fonction des modes azimutaux et radiaux présents. Les dispositifs de mesure du bruit rayonné par des maquettes de turbomachines sont généralement constitués d'un microphone mobile balayant l'espace à l'amont d'une turbomachine ou bien de plusieurs microphones fixes répartis en arc de cercle à l'amont de la machine. L'inconvénient de ces dispositifs est qu'ils ne permettent pas de caractériser la totalité du champ sonore rayonné par la machine et ne renseigne pas sur l'énergie acoustique réellement transmise spatialement. La recherche de performances acoustiques conduisant à étudier des solutions tridimensionnelles, l'examen 3D du champ acoustique est devenu nécessaire. Il existe donc un besoin de mesurer la plus grande partie du champ acoustique utile. On connaît un dispositif de mesure permettant l'acquisition du bruit rayonné à l'amont et à l'aval par une maquette de turbomachine. Il est composé de deux antennes multi microphoniques mobiles capables de mesurer simultanément les rayonnements amont et aval de la source. Ce dispositif présente cependant l'inconvénient de ne couvrir qu'une petite partie du champ rayonné par la machine. La fenêtre d'observation centrée sur l'axe de la machine couvre une plage angulaire de 45° dans le plan vertical et 120° dans le plan horizontal. À l'aval l'instrumentation est composée d'un dispositif mobile similaire permettant d'acquérir le champ rayonné sur une plage angulaire de 30° dans le plan vertical et de 65° dans le plan horizontal. La mesure se limite de ce fait à une partie de l'énergie sonore rayonnée par la machine. La présente invention a pour objet d'améliorer un dispositif de mesure de ce type. En particulier, l'invention a pour objet la réalisation d'un dispositif permettant d'acquérir l'ensemble du champ sonore, axisymétrique ou non, rayonné par une turbomachine ou une maquette de turbomachine. On parvient à cet objectif avec, conformément à l'invention, un dispositif de mesure d'un champ sonore rayonné par une turbomachine en chambre sourde, la dite turbomachine étant montée sur un socle fixe et traversée par un flux gazeux d'amont en aval, caractérisé par le fait qu'il comprend un portique, formant support d'une pluralité de capteurs microphoniques répartis transversalement par rapport à l'axe de la turbomachine, et mobile entre une position située en amont de la turbomachine et une position aval . En agençant un support mobile, le cas échéant en translation au moins en partie, le long de la machine à analyser on peut explorer tout l'espace autour de la maquette. De préférence, le dispositif présente un portique en forme d'arc de cercle et dont les extrémités reposent sur des rails disposés longitudinalement de part et d'autre de la turbomachine. 25 On peut ainsi disposer les capteurs microphoniques de manière à ce qu'ils soient répartis le long du portique en arc de cercle.20 On balaie tout l'espace avec un portique mobile en rotation autour de l'axe formé par lesdites deux extrémités à partir desquelles le bruit se propage au travers d'ondes de formes sphériques. Le portique est également adapté à la mesure d'autres grandeurs physiques, telles que, par exemple, la température et la vitesse de l'écoulement autour de la machine d'essai. Dans ce cas, les capteurs microphoniques seront remplacés par des capteurs de température, et/ou des capteurs de vitesse (par exemple fils chauds). D'autres caractéristiques ressortiront de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation non limitatif en référence aux dessins annexés sur lesquels, La figure 1 montre une maquette de turbomachine installée dans une chambre d'essai sourde, La figure 2 est la même installation que ci-dessus vue de face, La figure 3 montre le portique seul, La figure 4 montre schématiquement l'enveloppe de l'espace parcouru par le portique, La figure 5 montre une représentation de pression acoustique relevée. La figure 1 montre de profil une maquette de turbomachine 1 installée sur un banc d'essai 3 à l'intérieur d'une chambre anéchoïque 5. Cette chambre est inscrite dans un parallélépipède avec une paroi d'entrée d'air et un évacuation. Les parois et le plancher de la chambre acoustique sont recouverts de dièdres en laine de roche, par exemple de 800 mm de hauteur, qui assurent un environnement anéchoïque validé pour des fréquences comprises entre 125 Hz et 25kHz. La plateforme en caillebotis autour de la machine d'essai est de préférence recouverte de dièdres amovibles, par exemple de 400 mm d'épaisseur. La maquette de turbomachine 1 est entraînée par un moteur électrique 2 par l'intermédiaire d'un multiplicateur et d'un arbre 4. Le moteur est situé en arrière de la machine à l'essai, en dehors de la chambre sourde 5. On a représenté de façon schématique et isolé un portique 10, sur la figure 3, formant support de capteurs de mesure dont des capteurs microphoniques 12. Le portique formé ici d'un assemblage en treillis d'éléments tubulaires est en forme de demi cercle dont le diamètre est légèrement inférieur à la largeur de la chambre 5. Le portique repose par des roues 11 sur deux rails de guidage 13 et 14, respectivement montés sur et courant le long des murs latéraux de la chambre 5 de part et d'autre du banc d'essais 3. Les rails sont à hauteur de l'axe XX de la maquette de turbomachine 1. Des moyens moteurs non représentés sont aptes à entraîner le portique sur les rails le long de la maquette. Le portique comprend également des moyens moteurs basculants, non représentés, par lesquels il est susceptible de pivoter autour de l'axe YY passant par l'axe de rotation des roues 11. L'agencement décrit ci-dessus permet au portique de suivre une trajectoire telle que représentée par exemple, sur la figure 4. On distingue trois parties à cette trajectoire. Lorsque le portique 10 est en amont de l'entrée d'air de la maquette de turbomachine, sa première portion de trajectoire (A) est une demi sphère. Le portique peut couvrir un angle de -90° en position basse par rapport à l'horizontale jusqu'à +90° en position haute. Sa deuxième portion de trajectoire est un demi cylindre supérieur (B) entre l'entrée d'air et la sortie d'air de la maquette. La longueur du demi cylindre est donc sensiblement égale à la longueur de la maquette 1. La troisième portion (C) est une portion de sphère qui s'étend depuis le plan à +90° en position haute par rapport à l'horizontale jusqu'à +140°. Selon le type de mesure à réaliser, le portique peut également se déplacer en rotation uniquement, à l'amont ou à l'aval de la machine. Dans le cas de la rotation amont, le portique peut couvrir un angle entre û 90° et + 120°, alors que dans le cas de la rotation aval la plage angulaire peut s'étendre de +70° à + 140°. Pour procéder à un essai de mesure du champ sonore d'une maquette de turbomachine après sa mise en place, on met en position de départ le portique à -90°, c'est-à-dire en amont de l'entrée d'air en position basse ; les capteurs de mesure de la pression acoustique sont initialisés. On entraîne en rotation la turbomachine par le moteur électrique 2. Dans le cas d'une soufflante par exemple, de l'air est aspiré au travers de l'entrée amont puis est évacué par la sortie à l'aval. Pendant le fonctionnement de la machine, on déplace le portique, trajectoire (A), depuis sa position de départ en le faisant d'abord pivoter autour de l'axe YY jusqu'à sa position haute puis on le déplace en translation, trajectoire (B), le long de la machine jusqu'à la partie arrière, puis, trajectoire (C), on le fait pivoter d'un angle jusqu'à +140°, autour de l'axe YY. Dans certaines conditions. on déplacera le portique uniquement en rotation amont ou uniquement en rotation aval. Les paramètres de déplacement du portique, à savoir sa trajectoire, sa vitesse de déplacement, le pas de rotation, le mode de déplacement en continu ou pas à pas, sont adaptables et modifiables pendant les essais. Par exemple avec des pas de mesures de 5° en rotation et 10 positions de mesure en translation, l'essai prend 10 minutes environ. La vitesse de l'air à proximité des microphones a été mesurée sur l'ensemble du domaine d'exploration du dispositif de mesure acoustique pour différents régimes de rotation de la machine. Ces mesures ont permis de vérifier la faible vitesse de l'air en tout point du banc et la fiabilité des mesures acoustiques réalisées grâce à ce dispositif. Le portique 10 a permis la répartition de 31 microphones en demi cercle. Ces microphones étaient reliés à un système d'acquisition enregistrant le signal temporel de la pression acoustique en champ externe ainsi que les paramètres thermodynamiques atmosphériques et la base temps. A partir des données enregistrées le système fournit des analyses spectrales pour chaque microphone et chaque position du portique. En pratique, un balayage complet de l'antenne depuis l'amont du banc jusqu'à l'aval comprenant 57 points de mesures, conduit au calcul de près de 1800 spectres en fréquences. Les données de mesures acoustiques sont traitées pour fournir par exemple des cartes 3D du champ de pression sonore autour de la machine. Cela est représenté sur la figure 4 où pour chacune des zones de mesure, délimitée par une cellule en forme de parallélogramme, on visualise un niveau de pression acoustique, sur la figure ici en valeurs de gris mais de préférence selon un code couleur. Le système d'analyse dispose également d'outils de réductions de données adaptés à l'étude des sources de bruit de soufflante (bruit de raies à la fréquence de passage des aubes mobiles et de ses harmoniques, bruit de raies aux fréquences multiples de la rotation de l'arbre, bruit à large bande), et au calcul de la puissance acoustique rayonnée à l'amont et à l'aval de la machine. Le calcul de la puissance acoustique peut être déterminé pour chacune des raies étudiées ainsi que pour chacun des tiers d'octaves pour le bruit large bande. Revendications1. Dispositif de mesure d'un champ sonore rayonné par une turbomachine (1) en chambre sourde (5), la dite turbomachine étant montée sur un socle (3) fixe et traversée par un flux gazeux d'amont en aval, caractérisé par le fait qu'il comprend un portique (10), formant support d'une pluralité de capteurs microphoniques (12) répartis transversalement par rapport à l'axe (XX) de la turbomachine, et mobile entre une position située en amont de la turbomachine (1) et une position aval de celle-ci. 2. Dispositif selon la revendication précédente dont le portique est mobile en translation et/ou en rotation. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 dont le portique (10) est en forme d'arc de cercle et dont les extrémités reposent sur des rails (13, 14) disposés longitudinalement de part et d'autre de la turbomachine (1). 4. Dispositif selon la revendication 1 dont les capteurs microphoniques (12) sont répartis le long du portique (10) en arc de cercle. 5. Dispositif selon la revendications 3 dont le portique (10) est mobile en rotation autour de l'axe (YY) formé par lesdites deux extrémités. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dont le portique (10) comprend également des capteurs de mesure de la vitesse de l'air. 2931551 ].0 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dont le portique (10) comprend également des capteurs de mesure de la température.