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Aéroacoustique numérique : modélisation et simulation des sources sonores et de leur rayonnementArticle de référence | Réf : BR2030 v1
Auteur(s) : Gérard FOURNIER
Date de publication : 10 avr. 2009
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Une pale d'hélice étant un profil portant, tout ce qui a été dit dans le paragraphe précédent s'applique mais, du fait de sa rotation, deux phénomènes nouveaux apparaissent.
D'une part, la vitesse fait apparaître un effet Doppler sur les fréquences émises. Comme la vitesse en bout de pale est plus élevée que la vitesse du navire, l'hélice est généralement la source de bruit dominante, puisque toutes les sources hydroacoustiques dépendent de U avec une puissance de 4 à 6, sauf si une résonance de structure produit un rayonnement exceptionnellement intense.
Cependant le facteur de correction Doppler est en (1 − M2) et il pourra souvent être négligé.
Exemple : une hélice de rayon 1 m tournant à 10 tr/s a une vitesse en bout de pale de 63 m/s, soit un nombre de Mach de 0,04…
D'autre part, un bruit va être créé du fait de la rotation, même si tout est stationnaire dans le repère lié à la pale.
Soit un petit volume de fluide où passe périodiquement une pale d'hélice ; le fluide va être chassé puis remplacé à chaque passage et il va subir avec la même périodicité le passage des pressions pariétales. Il y aura donc émission d'un bruit de volume pulsé, dit bruit d'épaisseur, et un bruit de charge, que cette charge soit constante ou fluctuante.
4.1 Bruit de charge moyenne (Gutin)
L'hypothèse de compacité acoustique s'applique en général aux pales d'hélice.
Exemple : une hélice à 5 pales de 1 m de rayon tournant à 10 tours par seconde émet à une longueur d'onde de 30 m.
Pour déterminer l'émission acoustique, la poussée moyenne de la pale est prise comme une force unique (valant la poussée de l'hélice divisée par le nombre de pales) appliquée en un point du rayon (environ 0,7 R). La formule du bruit de charge moyenne, établie par Gutin dès 1936 et quelque peu oubliée par la suite, se simplifie dans le cas des navires (faible nombre de Mach) pour donner l'amplitude de pression rayonnée sur la raie fondamentale à la pulsation BΩ , largement dominant :
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BRUIT ET VIBRATIONS
(1) - GOLDSTEIN (M.E.) - Aeroacoustics - McGraw-Hill International Book Company (New-York) (1976).
(2) - BLAKE (W.K.) - Mechanics of flow-induced sound and vibration - Applied Mathematics and Mechanics, Volume 17. Academic Press Inc. (Londres, Orlando) (1986).
(3) - ROSSITER (J.E.) - « Wind tunnel experiments in the flow over rectangular cavities at subsonic and transonic speeds » - R and M 3438, Aeronautical Research Coucil, Great Britain (1966).
(4) - DE METZ (F.C.), FARABEE (T.M.) - « Laminar and turbulent shear flow induced cavity resonances » - Paper 77-1293, AIAA Aeroacoustics Conference, Atlanta, USA (3-5 October 1977).
(5) - LYON (R.H.) - Statistical energy analysis of dynamical systems : theory and applications - M.I.T. Press (Boston) (1975).
(6) - JUNGER (M.C.), FEIT (D.) - Sound, structures...
Traité Bruit et vibrations
GUEDEL (A.) - Bruit des ventilateurs - [BM 4 177] [BM 4 178] (2002).
POULAIN (J.) - Bruit des pompes - [BM 4 179] (1998).
LEVY (S.) - L'aéroacoustique en aéronautique - [BR 2 020] (2006).
Archives Génie Industriel
FOURNIER (G.) - Aéroacoustique et hydroacoustique - [A 430] [A 432] (1990).
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