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1 - INTRODUCTION

2 - ÉQUATIONS DE L’AÉROACOUSTIQUE

3 - CERTIFICATION ACOUSTIQUE DES AÉRONEFS

4 - LES AVIONS DE TRANSPORT À RÉACTION

5 - AUTRES DOMAINES

6 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : BR2020 v1

Les avions de transport à réaction
L’aéroacoustique en aéronautique

Auteur(s) : Serge LEWY

Relu et validé le 14 déc. 2020

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RÉSUMÉ

Cet article traite de l’aéroacoustique en aéronautique, dont les bases furent établies au milieu du siècle dernier. Encore aujourd’hui, la réduction du bruit, très gênant, produit par les aéronefs est devenue une des priorités du transport aérien. Les principales équations de l’aéroacoustique sont tout d'abord rappelées. La certification acoustique obligatoire pour l’obtention d’autorisations est ensuite largement détaillée, à travers notamment le rôle des normes en aviation. Puis, l’accent est mis sur les avions de transport à réaction, dont les turboréacteurs participent en grande partie aux nuisances sonores. D’autres exemples dans l’aéronautique viennent terminer cet article, tels que les avions à hélices ou encore les hélicoptères.

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ABSTRACT

Aeroacoustics in aeronautics

This article deals with aeroacoustics in aeronautics whose basis were established in the middle of the last century. Still today, reducing the extremely annoying noise of aircrafts remains a priority in air transportation. The main equations of aeroacoustics are firstly reviewed. The obligatory acoustic certification in order to obtain permits is then largely detailed, notably via the role of standards in the aeronautic sector. This article then focuses on jet transportation aircrafts, whose turbojet engines are largely responsible for noise nuisances. This article concludes on other examples from the aeronautical sector, such as propeller aircrafts and helicopters.

Auteur(s)

  • Serge LEWY : Ingénieur de l’École nationale supérieure des télécommunications de Paris, - Docteur ès sciences - Directeur de recherche, chargé de mission « Recherche et prospective » à l’Office National d’Études et de Recherches Aérospatiales (ONERA)

INTRODUCTION

Même si le bruit des aéronefs ne touche qu’une faible partie de la population, il est extrêmement gênant car il se manifeste par la survenance plus au moins aléatoire d’événements brefs très forts. Sa réduction est une des priorités du transport aérien, afin que celui-ci puisse poursuivre son essor en harmonie avec les riverains.

L’article commence par rappeler que les bases de l’aéroacoustique furent établies par Lighthill dès 1952 mais que l’intégration numérique des équations n’en est encore qu’à ses balbutiements. En revanche, les lois physiques sont bien comprises depuis longtemps, notamment l’effet prépondérant de la vitesse sur les niveaux sonores. Le paragraphe suivant insiste sur la certification acoustique, qui est obligatoire pour qu’un appareil civil ait l’autorisation de voler ; il est montré que cette contrainte est aussi à l’origine de progrès.

L’accent est mis ensuite sur les avions commerciaux à réaction car ils sont la principale cause des nuisances sonores en aéronautique. L’origine du bruit est surtout liée aux turboréacteurs, à la soufflante en particulier. Les autres types d’appareils sont aussi passés en revue : avions supersoniques, avions à hélices, hélicoptères, sans oublier une brève allusion aux lanceurs spatiaux. Les sources acoustiques sont recensées dans chaque cas, ainsi que les moyens pour diminuer leur rayonnement.

La conclusion passe des effets physiologiques à quelques indications sur la psychoacoustique.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-br2020


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4. Les avions de transport à réaction

4.1 Les sources de bruit

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4.1.1 Estimation des sources sonores

La figure 11, fondée sur des calculs semi-empiriques, illustre la distribution des sources de bruit dans les trois conditions de certification. Elle montre combien il est difficile de réduire le bruit des avions car il faut agir sur de multiples éléments. On rappelle en effet que si deux sources produisent le même niveau sonore, l’élimination complète de l’une d’elles n’engendrerait que 3 dB de gain, ce qui est peu perceptible. Cela n’est guère réjouissant pour les riverains d’aéroports mais rend les recherches passionnantes et variées...

Le bruit total de l’avion est dû à l’écoulement d’air sur la cellule et aux moteurs. L’émission sonore d’un réacteur se décompose en rayonnement de la soufflante par l’entrée d’air en amont et par le canal secondaire en aval, en bruit de jet, de combustion et de turbine (voir le rôle de ces diverses parties au paragraphe 4.2.2). Les deux dernières sources, situées à l’intérieur du moteur et ne rayonnant pas directement à l’extérieur, sont secondaires.

En approche, c’est le bruit de cellule qui domine car les moteurs sont ralentis, alors que les dispositifs hypersustentateurs sont sortis (becs au bord d’attaque des ailes et volets au bord de fuite), ainsi que les trains d’atterrissage. L’émission globale des moteurs est cependant peu inférieure : tout intervient.

Dans les deux autres conditions de certification (décollage et survol), il faut à l’évidence diminuer le bruit des moteurs. Le bruit de jet est proéminent latéralement, tandis que la soufflante doit être plus silencieuse pour améliorer la situation en survol (et aussi en approche).

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4.1.2 Localisation des sources sonores

Les sources sonores peuvent être localisées expérimentalement par un réseau...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - AGARD -   Aerodynamics and acoustics of propellers  -  . AGARD Conference Proceedings CP-366, OTAN, Neuilly-sur-Seine (février 1985).

  • (2) - AGARD -   Combat aircraft noise  -  . AGARD Conference Proceedings CP-512, OTAN, Neuilly-sur-Seine (avril 1992).

  • (3) - AURIOL (A.), LECOMTE (C.), THERY (C.) -   Le problème du bang sonique pour de futurs avions de transport à haute vitesse  -  . Note technique 1990-3, Office National d’Études et de Recherches Aérospatiales (octobre 1990).

  • (4) - BEAUMIER (P.), DELRIEUX (Y.) -   *  -  Description and validation of the ONERA computational method for the prediction of blade-vortex interaction noise, Aerospace Science and Technology, vol. 9, no 1 (janvier 2005), p. 31-43.

  • (5) - BLAKE (W.K.) -   Mechanics of flow induced sound and vibration – Volume I : General concepts and elementary sources. Volume II : Complex flow-structure interactions  -  . Applied Mathematics and Mechanics, Volume 17, Academic Press, Londres, Orlando (1986).

  • ...

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