Etude de la propagation guidée et du rayonnement acoustiques par les conduits d'éjection de turboréacteur : Modélisations analytiques et numériques (2006)

Le travail presente dans ce memoire porte sur la modelisation de la propagation acoustique dans les conduits d’ejection de turboreacteur et du rayonnement correspondant vers l’exterieur. Le propos est, d’une part, de developper des methodes de calcul analytiques permettant de modeliser le probleme de facon souple et rapide et, d’autre part, d’evaluer la pertinence de differentes methodes numeriques, indispensables pour tenir compte de facon plus realiste de la geometrie du probleme et des conditions aerodynamiques. L’etude s'inscrit dans une demarche d’analyse progressive, en partant de configurations simples pour integrer les elements de complexite physiques les uns apres les autres (traitements acoustiques, geometrie complexe, ecoulements uniforme et non uniforme…). A chaque etape, les resultats des differentes methodes sont compares et l’influence des principaux parametres du probleme est analysee. La solution de reference est donnee ici par une methode de calcul analytique basee sur la theorie modale en conduit annulaire de section constante. Le rayonnement en champ lointain est calcule, pour un corps central tronque sur la section de sortie, par l’approximation de la membrane bafflee, et pour un corps central infini, par la technique de Wiener-Hopf. Ce dernier modele, en particulier, prend en compte l’influence, sur le champ de pression rayonne, d’une condition de Kutta appliquee au bord de fuite de l’ejection. A basse frequence, les methodes numeriques BEM et FEM aboutissent aux memes resultats en l’absence d’ecoulement. Les comparaisons entreprises avec des mesures experimentales sont tres satisfaisantes, confirmant la pertinence des modeles theoriques. Lorsqu’un ecoulement uniforme est pris en compte, les methodes BEM et FEM convergent, respectivement, vers les solutions analytiques avec et sans condition de Kutta appliquee au bord de fuite. Le comportement particulier de chacune des methodes est attribue a la variable de base consideree dans les codes de calcul, a savoir la pression ou le potentiel acoustiques. A haute frequence, l’approche asymptotique par sommation de faisceaux gaussiens conduit a des resultats peu satisfaisants, les limitations de la methode etant probablement dues a l’absence de modele de diffraction dans la formulation actuelle. Plusieurs facteurs geometriques influencent la propagation acoustique a l’interieur du conduit d’ejection secondaire. L’element le plus critique est la presence des bifurcations, qui entraine des recompositions modales du champ sonore d’autant plus fortes que les ondes incidentes se propagent avec une composante azimutale elevee (rotation du champ acoustique). Un modele analytique est developpe pour rendre compte de ces recompositions modales et sa pertinence est confirmee par comparaison des resultats avec la methode BEM. A l’exterieur des conduits, l’influence du mât-reacteur et de la forme precise du corps central sur le champ rayonne en direction du sol se revele plus limitee. L’effet des couches de cisaillement prenant naissance aux bords de fuite de l’ejection est en revanche consequent. La refraction des ondes induite par une discontinuite de vitesse de part et d’autre d’une ligne de glissement (modele de Munt) semble correctement modelisee par la methode FEM, pourtant limitee en theorie a un modele d’ecoulement porteur irrotationnel. L’influence des gradients de densite et de temperature, en revanche, n’est pas bien reproduite.