Bienvenue à l'Onera, le centre français de recherche aérospatiale
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 Images de sciencebruit aval de soufflante d’un turboréacteur double-flux
La réduction du bruit des avions : un enjeu socio-économiqueLa réduction du bruit des avions aux environs des zones aéroportuaires est devenu un enjeu socio-économique majeur. En effet, du fait de l’augmentation continue du nombre de vols mais aussi de la capacité - et donc de la taille - des avions, le trafic aérien est en constante croissance. De par les forts niveaux sonores émis par les aéronefs en phase de décollage et d’approche, cette croissance compromet l’intégration harmonieuse de l’activité aéronautique commerciale au sein de l’environnement. C’est pourquoi avionneurs (Airbus, Boeing, etc.) et motoristes (Snecma, Rolls-Royce, etc.) se soucient de plus en plus de la réduction des émissions acoustiques de leur futurs produits. La réduction du bruit des avions : un défi scientifique et techniqueSi la réduction du bruit des avions est une notion claire pour tous, elle s’avère être un problème des plus difficiles. En effet, les diverses émissions sonores que produit un aéronef au décollage ou en approche font intervenir des mécanismes physiques nombreux, complexes et encore mal connus à ce jour. C’est ce qui fait de ce problème un défi à la fois scientifique et technique, prédiction et réduction des émissions acoustiques pré-supposant une compréhension fine des phénomènes impliqués. De la compréhension du bruit des avions en vue de sa réductionDes efforts d’investigation ont permis d’identifier et de quantifier les principaux phénomènes responsables des forts niveaux de bruit induits par les aéronefs en début et en fin de vol. On peut grossièrement les séparer en deux composantes, qui sont (1) le bruit de cellule et (2) le bruit de moteurs. La bruit de cellule (1), est dû aux fortes interactions de l’écoulement avec les appendices solides de l’aéronef (trains d’atterrissage, becs de bord d’attaque, volets de bord de fuite, etc…), interactions se traduisant par la génération de phénomènes fortement turbulents et donc très bruyants. Dans le cas d’un turbo-réacteur classique, le bruit de moteurs (2) intègre principalement le bruit de jet (dû à l’éjection rapide de gaz chauds par la tuyère), et le bruit de soufflante (dû aux interactions fluide/structure générées par les aubes rotatives alimentant le conduit secondaire). A l’atterrissage, l’avion étant en configuration hyper-sustentée (trains d’atterrissage, becs et volets sortis) et les moteurs au ralenti, le bruit de cellule est du même ordre que le bruit de propulsion, lequel est dominé par le bruit de soufflante. Au décollage, la poussée moteur est à son maximum et le bruit de soufflante contribue au bruit total à égalité avec le bruit de jet. Ceci explique que ce bruit de soufflante soit au centre des préoccupations des motoristes et avionneurs. Pendant longtemps, ces derniers se sont penchés sur le seul problème de prévision / réduction de la fraction du bruit de soufflante émise vers l’amont, via l’entrée d’air. Depuis peu, ils s’intéressent également au problème - plus complexe - de la prévision de sa composante « aval », composante qui est émise au travers de la tuyère et de l’écoulement (fortement hétérogène) de jet sortant de cette dernière. Le département d’Acoustique & Environnement d’Airbus France a ainsi récemment lancé plusieurs projets visant, entre autres, à caractériser à la fois expérimentalement et numériquement le rayonnement acoustique aval du bruit de soufflante.
La simulation numérique au service de la prévision/réduction du bruit aval de soufflanteDu fait des conditions aéro- et thermo-dynamiques particulièrement sévères en sortie de tuyère, un tel problème de prévision reste difficilement accessible à la modélisation théorique. En outre, si l’approche expérimentale reste irremplaçable, elle s’avère très onéreuse. C’est pourquoi, en plus de cette dernière voie, on a également recours à l’approche numérique – une voie que l’explosion récente des moyens informatiques a rendu très prometteuse. En effet, par la simulation numérique, c’est toute la chaîne acoustique (depuis la génération du bruit, sa propagation en milieu ambiant, puis sa radiation en champ lointain) qui est virtuellement reproduite. A l’Onera, cette activité constitue l’une des missions du Département Simulation numérique et aéroacoustique (DSNA), au sein duquel les Recherche et Développement en Aéroacoustique Numérique (CAA – Computational AeroAcoustics) ont connu une très forte croissance ces dernières années. Simulations numériques du bruit de soufflante d’un turboréacteur double-fluxLe projet Airbus « Low Noise Aircraft 2 – LNA2 » a pour objectif la caractérisation expérimentale et numérique du rayonnement acoustique aval du bruit de soufflante, en vue de sa réduction par effet d’installation (en l’occurrence, un effet de masquage acoustique par l’empennage et le fuselage arrière). Débuté en janvier 2005, ce projet implique directement l’Onera/DSNA auquel a été confiée une série de simulations de propagation acoustique, simulations portant sur les diverses composantes (ou « modes2 ») caractérisant le bruit aval de soufflante généré par un turbo-réacteur double-flux classique. La difficulté de cette tâche réside dans la complexité des géométries et - plus encore - des écoulements aérodynamiques (voir figure suivante) constituant la trame de fond des simulations aéroacoustiques à conduire. C’est pourquoi une telle étude est menée à l’aide de la plateforme de calcul sAbrinA. Développé au DSNA sur la base de plusieurs solveurs CFD et CAA antérieurs, cet outil performant permet de traiter des calculs très complexes d’aérodynamique et/ou d’aéroacoustique. Les simulations réalisées dans le cadre de LNA2 portent sur un grand nombre de modes acoustiques qui ont été retenus pour leur pertinence en regard du problème industriel à traiter. Chacun est notamment caractérisé par une périodicité spatiale dans les directions azimutale (rang m Les figures suivantes présentent quelques résultats issus des simulations effectuées pour les modes (m, n) = (10, 1) et (0, 3) de fréquence BPF (soit d’une longueur d’onde - normalisée par le rayon du moteur R - égale à kR= 2
Sur toutes les vues de la figure précédente, on distingue clairement les fronts d’ondes acoustiques rayonnés en sortie de tuyère dans l’espace ambiant. La comparaison des résultats relatifs au mode** (0,3) propagé en absence puis en présence de l’écoulement hétérogène permet de bien mettre en évidence les importants effets de réfraction induits par le jet sur la propagation acoustique. Auteurs : Stéphane Redonnet, Eric Manoha
* Méthode RANS (Reynolds Averaged Navier Stokes) ** Modes acoustiques
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 Images et vidéos
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Mis à jour le 31 janvier 2006 - © ONERA 2009 - Crédits et conditions d'utilisation |
20) et radiale (rang n 
R/
~ 25). Une fois émis en amont du conduit secondaire, ces modes sont numériquement propagés au sein et à l’extérieur de la tuyère, cette propagation s’effectuant soit en présence de l’écoulement aérodynamique de décollage, soit en milieu au repos. 
