Présentation

Article interactif

1 - APPORT DE L'AÉROACOUSTIQUE NUMÉRIQUE

2 - SOURCES SONORES ENGENDRÉES DANS UN ÉCOULEMENT

  • 2.1 - Équations de conservation
  • 2.2 - Analogie acoustique de Lighthill
  • 2.3 - Équation de Ffowcs Williams et Hawkings

3 - APPLICATION AU CALCUL DU BRUIT DE JET

4 - DES SOURCES ACOUSTIQUES AU RAYONNEMENT SONORE

5 - STRATÉGIES HYBRIDES DE SIMULATION AÉROACOUSTIQUE

6 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : BR2022 v1

Stratégies hybrides de simulation aéroacoustique
Aéroacoustique numérique : modélisation et simulation des sources sonores et de leur rayonnement

Auteur(s) : Serge LÉWY

Relu et validé le 25 nov. 2020

Pour explorer cet article
Télécharger l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !

Sommaire

Présentation

Version en anglais En anglais

RÉSUMÉ

L'aéroacoustique numérique (CAA) est une discipline qui permet de prévoir le rayonnement sonore dû au mouvement d'un corps solide dans un fluide ou aux fluctuations (turbulence, tourbillons) au sein du fluide. En plein essor, grâce aux progrès sur les algorithmes de calcul et à l'augmentation de la puissance des ordinateurs, elle est étroitement liée à la mécanique des fluides numérique (CFD), qui fournit les données relatives aux sources sonores. Ces deux approches se complètent mais s’opposent également sur plusieurs aspects. En effet, la CAA possède ses spécificités en raison des caractéristiques des ondes acoustiques et de leur propagation et s’articule autour de quelques équations de base plus simples, souvent linéarisées. Ainsi, la CAA fait appel à tout un arsenal de méthodes, avec chacune leur propre domaine de validité, mais qui toutefois ne concilient que partiellement les nombreux facteurs en jeu : vitesse de calcul, grande précision, absence de paramètre d’ajustement.

Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.

Lire l’article

ABSTRACT

Digital aeroacoustics: sound sources and their radiation

Digital aeroacoustics is a discipline which allows for the prediction of noise radiation induced by the movement of a solid body in a fluid or to fluctuations ( turbulence, swirls) within the fluid. Growing rapidly due to the advances on calculation algorithms and the increase in the power of computers, it is closely linked to computational fluid dynamics (CFD) which provides data on noise sources. Although these two approaches are complementary they oppose in several aspects. Indeed, digital aeroacoustics has its own specificities due to the characteristics of acoustic waves and their propagation and is organized around several simpler basic equations which are often linearized. Digital aeroacoustics thus involves an arsenal of methods which have their specific domain of validity but however only partially combine the numerous factors involved: calculation speed, high precision, absence of adjustment parameters.

Auteur(s)

  • Serge LÉWY : Ingénieur de Télécom ParisTech, Docteur ès sciences - Directeur de recherche, chargé de mission « Recherche et prospective » - à l'Office National d'Études et de Recherches Aérospatiales (ONERA)

INTRODUCTION

La mécanique des fluides numérique (ou CFD pour Computational Fluid Dynamics), intégrant les équations d'Euler ou de Navier-Stokes, s'est imposée au cours des dernières décennies grâce à l'accroissement de la puissance des ordinateurs. L'acoustique est une petite perturbation du champ aérodynamique moyen et est donc incluse dans la CFD mais l'aéroacoustique numérique (ou CAA pour Computational AeroAcoustics) est vite apparue comme une discipline à part entière en raison de ses spécificités : le calcul comprend dans la plupart des cas une chaîne de logiciels CFD et CAA, la CFD fournissant les données relatives aux sources sonores pour la CAA. De telles méthodes sont souvent appelées « hybrides ». L'objectif du présent document est de dégager les multiples pistes disponibles et d'orienter l'ingénieur dans ses choix, tout en indiquant certaines précautions à prendre.

La CAA repose sur l'équation de Lighthill, conduisant à la forme intégrale de Ffowcs Williams et Hawkings. L'exposé commence par ces fondements théoriques, ainsi que par l'application au bruit de jet, pour lequel ils furent établis. La CAA a recours à de nombreuses autres approches, qui sont abordées dans les paragraphes suivants.

  • Pour la propagation dans un fluide en écoulement non uniforme, il est nécessaire d'intégrer les équations d'Euler soit linéarisées, soit écrites sur les perturbations (celles-ci issues de la CFD) dans le domaine où la propagation acoustique est non linéaire.

  • Plus simplement, des logiciels du commerce efficaces résolvent l'équation de Helmholtz par la méthode des éléments de frontière ; le fluide moyen doit alors être au repos (ou en mouvement uniforme), ce qui limite leur pertinence s'il existe un écoulement rapide hétérogène. En revanche, l'algorithme est en général écrit dans le domaine fréquentiel, ce qui permet d'introduire facilement les conditions aux limites (impédance acoustique) sur les parois.

  • Enfin, si la CFD conserve les fluctuations acoustiques jusqu'à une surface fermée contenant toutes les sources sonores et où le fluide est en écoulement uniforme, l'intégrale de Kirchhoff sur cette surface fournit directement le champ acoustique en tout point extérieur à cette surface. Cela procure un gain appréciable sur l'intégration dans le volume des sources. L'équation de Ffowcs Williams et Hawkings avec surface dite « poreuse » améliore cette technique dans certains cas.

La sélection de la méthode hybride dépend de plusieurs facteurs, tels que la configuration étudiée ou le type de la CFD en amont. Le temps de calcul joue aussi un rôle capital selon l'objectif visé : les exigences sont différentes dans le domaine de la recherche, en exploitation industrielle ou pour une optimisation aéroacoustique.

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-br2022


Cet article fait partie de l’offre

Bruit et vibrations

(97 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Présentation
Version en anglais En anglais

5. Stratégies hybrides de simulation aéroacoustique

La 3 laisse penser que toute prévision numérique en aéroacoustique est effectuée en deux parties. En fait, suivant la configuration physique traitée, il peut être judicieux de décomposer davantage la chaîne de logiciels, afin d'améliorer la précision et de réduire la durée du calcul informatique. Ce paragraphe aborde deux situations assez répandues mais il y a toujours intérêt à adapter au mieux la démarche à chaque problème abordé. Le document réunit divers types d'applications de la CAA.

5.1 Propagation en milieu hétérogène libre

Il est souvent judicieux en pratique de recourir à trois étapes au lieu de deux, comme l'illustre la 8 .

  1. La CFD complète est indispensable pour décrire les sources sonores mais il convient de la limiter à la zone où celles-ci se trouvent, en raison de la taille et de la durée du calcul numérique.

  2. La propagation acoustique peut rester non linéaire dans une région intermédiaire, où subsistent des hétérogénéités du fluide (écoulement non uniforme). Cette zone doit encore être maillée pour des calculs par différences finies, éléments ou volumes finis ou Galerkin discontinu ; en revanche, un maillage plus lâche que celui de la CFD convient, comme évoqué au paragraphe 4.2. Des formules un peu allégées suffisent, telles que...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 95% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

TEST DE VALIDATION ET CERTIFICATION CerT.I. :

Cet article vous permet de préparer une certification CerT.I.

Le test de validation des connaissances pour obtenir cette certification de Techniques de l’Ingénieur est disponible dans le module CerT.I.

Obtenez CerT.I., la certification
de Techniques de l’Ingénieur !
Acheter le module

Cet article fait partie de l’offre

Bruit et vibrations

(97 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Stratégies hybrides de simulation aéroacoustique
Sommaire
Sommaire

BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - HARDIN (J. C.), LAMKIN (S. L.) -   Aeroacoustic computation of cylinder wake flow,  -  AIAA Paper 83-0736 & AIAA Journal, vol. 22, no 1 (janvier 1984), p. 51-57.

  • (2) - LIGHTHILL (M. J.) -   On sound generated aerodynamically. I – General theory,  -  Proceedings of the Royal Society of London, série A, vol. 211, no 1107 (20 mars 1952), p. 564-587.

  • (3) - LIGHTHILL (M. J.) -   On sound generated aerodynamically. II – Turbulence as a source of sound,  -  Proceedings of the Royal Society of London, série A, vol. 222, no 1148 (23 février 1954), p. 1-32.

  • (4) - LÉWY (S.) -   Acoustique industrielle et aéroacoustique,  -  Hermès Science Publications, Paris (janvier 2001), 560 pages.

  • (5) - CURLE (N.) -   The influence of solid boundaries upon aerodynamic sound,  -  Proceedings of the Royal Society of London, série A, vol. 231, no 1187 (20 septembre 1955), p. 505-514.

  • ...

DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES

  • Acoustique. Propagation dans un fluide

  • L'aéroacoustique en aéronautique

  • Simulation numérique du bruit aval de soufflante de turboréaacteur

ANNEXES

  1. 1 Annuaire

    1 Annuaire

    Principales entreprises commercialisant des logiciels d'aéroacoustique numérique en France :

    HAUT DE PAGE

    Cet article est réservé aux abonnés.
    Il vous reste 92% à découvrir.

    Pour explorer cet article
    Téléchargez l'extrait gratuit

    Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


    L'expertise technique et scientifique de référence

    La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
    + de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
    De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

    Cet article fait partie de l’offre

    Bruit et vibrations

    (97 articles en ce moment)

    Cette offre vous donne accès à :

    Une base complète d’articles

    Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

    Des services

    Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

    Un Parcours Pratique

    Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

    Doc & Quiz

    Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

    ABONNEZ-VOUS

    Sommaire

    QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE

    1/ Quiz d'entraînement

    Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.

    2/ Test de validation

    Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.

    Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.


    L'expertise technique et scientifique de référence

    La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
    + de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
    De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

    Cet article fait partie de l’offre

    Bruit et vibrations

    (97 articles en ce moment)

    Cette offre vous donne accès à :

    Une base complète d’articles

    Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

    Des services

    Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

    Un Parcours Pratique

    Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

    Doc & Quiz

    Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

    ABONNEZ-VOUS