Simon Bouley (LVA, INSA Lyon)

Modélisations analytiques du bruit tonal d’interaction rotor / stator par la technique de raccordement modal

Le bruit tonal d’interaction rotor-stator, généré par l’impact des sillages issus des pales d’un rotor sur la grille d’aubes d’un stator redresseur, contribue de manière déterminante au bruit d’origine aérodynamique des turbomachines axiales carénées, qui équipent une large part des systèmes de propulsion aéronautique et de conditionnement d’air. La prédiction du bruit par l’utilisation de simulations numériques demeure onéreuse, notamment dans les premières phases de conception lorsque de nombreuses configurations doivent être testées. Dans cette optique, l’approche analytique choisie dans cette thèse apporte une alternative tout à fait appropriée. Les modèles analytiques basés sur une fonction de réponse aéroacoustique de profil isolé ne permettent pas de reproduire l’effet de grille engendré par le nombre important d’aubes de stator. Inversement, de fortes approximations sont nécessaires pour décliner les fonctions de réponse de grilles d’aubes existantes dans des configurations tridimensionnelles. Le formalisme proposé, basé sur la méthode de raccordement modal, permet d’introduire simplement l’effet de grille dans une géométrie annulaire d’étage rotor-stator. Un modèle de réponse de grille rectilinéaire bidimensionnel est tout d’abord présenté pour la transmission d’ondes acoustiques à travers le stator ainsi que pour la génération de bruit par l’impact de rafales hydrodynamiques. Les résultats issus de ces modélisations sont comparés à ceux des fonctions de réponse de grilles d’aubes rectilinéaires issues de la littérature, montrant un très bon accord avec les modèles basés sur la technique de Wiener-Hopf. Le formalisme est par la suite étendu aux grilles annulaires par l’ajout de fonctions de Bessel comme fonctions de forme radiale exprimant les effets tridimensionnels. Finalement, une procédure est présentée pour rendre compte de l’hétérogénéité des aubes de stator, caractéristique des nouvelles architectures de turbomachines. Cette méthodologie est basée sur l’emploi conjoint du principe du dipôle de bord d’attaque et de la fonction de réponse aéracoustique de la grille de stator à l’aide de la technique de raccordement modal. Le principe de dipôle de bord identifie le chargement instationnaire des aubes induit par l’impact de rafales hydrodynamiques, calculé par le formalisme d’Amiet, avec la trace du champ de pression acoustique produit par un dipôle placé au voisinage du bord de l’aube. Les prédictions issues de ce modèle, appliqué dans un cadre bidimensionnel, sont ensuite comparées à des mesures obtenues pendant la campagne d’essais du projet SEMAFOR.