Modelisation et contrôle actif des instabilités aéroacoustiques en cavité sous écoulement affleurant PDF Download

Author: Ludovic Chatellier
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Languages : fr
Pages : 192

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La thèse présente la modélisation, l'étude expérimentale et le contrôle actif des instabilités aéroacoustiques rencontrées en cavité sous écoulement turbulent à faible nombre de Mach. On propose une formulation problème de stabilité de l'interface fluide séparant deux écoulements uniformes de vitesse différente en integrant les effets acoustiques. Les modes d'instabilité de l'interface sont alors étudiés en fonction du nombre de Mach et de la configuration géométrique. Une maquette comportant une cavité de dimensions réglables est ensuite étudiée en soufflerie à l'aide de mesures de pression. Ces données valident en partie l'approche analytique adoptée. On conçoit alors un dispositif de contrôle des modes d'instabilité, appliqué en particulier dans le cas de leur couplage avec l'acoustique de la veine d'essais. Enfin, un système de vélocimétrie par images de particules synchronisé sur les modes d'oscillation permet de valider l'étude théorique et la stratégie de contrôle.

Author: Tim Kestens
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Languages : fr
Pages : 240

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L'étude numérique du contrôle actif adaptatif d'un écoulement de cavité bidimensionnel est menée. Ce type d'écoulement est caractérisé par des phénomènes aéroacoustiques instationnaires couplant le développement d'instabilités hydrodynamiques avec la présence de sources acoustiques. La présence de ce couplage se traduit généralement par des oscillations de pression de grande amplitude dont les conséquences en terme de bruit et / ou vibrations peuvent être pénalisantes pour le bon fonctionnement des applications industrielles concernées. L'objectif de cette étude est de développer des méthodes de contrôle actif performantes permettant d'agir sur l'écoulement étudié de telle sorte à réduire les niveaux de bruit rayonnés. Dans un premier temps, l'écoulement de cavité non contrôlé est étudié. Une bonne compréhension des phénomènes instationnaires est obtenue et les résultats numériques sont validés qualitativement et quantitativement à l'aide de modèles théoriques et de résultats expérimentaux disponibles dans la littérature. On montrera en particulier que les fréquences des instabilités peuvent être prédites par une étude de stabilité linéaire classique. Dans un deuxième temps, des techniques de contrôle actif adaptatives monovoie basées sur les algorithmes X-LMS et E-LMS seront développées et appliquées à l'écoulement par l'intermédiaire d'un actionneur de type jet pulsé ou haut-parleur. L'efficacité du contrôle en terme de réduction d'amplitude est évaluée en fonction de l'actionneur choisi, de sa position et de la position du capteur. Afin d'améliorer encore les résultats positifs obtenus, une technique de contrôle multivoies couplant plusieurs actionneurs et plusieurs capteurs est finalement étudiée.

Author: Mohammed Sebbani
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Languages : fr
Pages : 171

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Dans le présent travail, on s'intéresse au contrôle actif des instabilités liées a l'écoulement, le contrôleur utilise, au lieu d'être une simple ligne a retard, est un controleur auto adaptatif susceptible de générer en temps réel des filtres a réponse impulsionnelle finie ou infinie. Deux cas sont envisages: celui de la cavité excitée par un écoulement affleurant et celui d'un pompage d'un système de compression. Dans chaque cas la détection se faisant par mesure de la perturbation elle-même, le système de contrôle est une boucle fermée qui peut générer ses propres instabilités. Celles-ci sont cependant limitées par le filtre en même temps que les instabilités naturelles. L'examen du mode de fonctionnement du contrôleur montre que, contrairement a l'antibruit, le contrôle agit ici en modifiant les caractéristiques du système (fréquence de résonance et amortissement) confirmant ainsi l'analyse théorique effectuée. Les résultats expérimentaux obtenus montrent clairement l'intérêt du système auto-adaptatif mis en œuvre: il est capable d'ajuster automatiquement ses coefficients, de maitriser les instabilités naissantes de boucle fermée et de suivre une évolution des conditions de fonctionnement.

Author: Xavier Gloerfelt
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Languages : fr
Pages : 274

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Mon travail de thèse est consacré au calcul direct du bruit d'origine aérodynamique à partir des équations de Navier-Stokes. Cette méthode consiste à déterminer simultanément le champ aérodynami¬que et les ondes acoustiques qui possèdent des caractéristiques physiques très différentes, sans faire intervenir de modélisation acoustique. Elle nécessite donc l'utilisation de techniques numériques qui prennent en compte les particularités des fluctuations acoustiques. L'alternative à cette démarche consiste en effet à utiliser une méthode hybride, s'appuyant sur un calcul en deux étapes. La première étape détermine un champ turbulent de vitesse, alors que la seconde utilise un modèle de sources acoustiques combiné avec un opérateur de propagation pour obtenir le rayonnement acoustique. Le premier chapitre présente le code aéroacoustique ALESIA et les développements nouveaux pour l'étendre aux situations en présence de parois physiques. On a notamment développé une formulation des conditions aux limites de paroi. Ce problème est illustré par des cas-tests acoustiques et visqueux. Le deuxième chapitre synthétise l'état des connaissances théoriques et expérimentales concernant l'écoulement au dessus d'une cavité et notamment le rayonnement sonore associé. On s'attache plus particulièrement à la boucle de rétroaction aérodynamique pouvant générer les oscillations autoen-tretenues observées. Le calcul direct du bruit de cavité par simulation numérique directe (DNS) des équations de Navier-Stokes est mis en oeuvre pour plusieurs configurations bidimensionnelles dans le troisième chapitre. Une première simulation laminaire à bas Reynolds permet de reproduire le cou¬plage pression-vorticité responsable d'un rayonnement intense. L'étude de l'influence de l'épaisseur de la couche limite incidente met en évidence un nouveau régime d'écoulement, peut-être les limites d'une approche 2-D. Une deuxième simulation reproduit à l'échelle 1, par DNS, une configuration étudiée expérimentalement par Karamcheti(1955), où une couche limite laminaire à Mach 0.7 affleure une cavité rectangulaire bidimensionnelle. Parmi les théories aéroacoustiques disponibles, le quatrième chapitre analyse les possibilités offertes par les méthodes intégrales, afin de déterminer leur pertinence et leur complémentarité avec les cal¬culs directs. Une revue exhaustive des formulations et des applications existantes permet d'ordonner les nombreux développements réalisés dans ce domaine et de déterminer leur champ d'application respectif. Le dernier chapitre discute la résolution numérique de ces formulations. Trois formula¬tions intégrales, l'analogie de Ffowcs Williams et Hawkings, la méthode d'extrapolation de Kirchhoff et la méthode d'extrapolation basée sur l'équation de Ffowcs Williams et Hawkings sont mises en oeuvre pour plusieurs configurations. L'application à la cavité non compacte de Karamcheti permet d'appréhender les possibilités offertes en terme de gain numérique et d'analyse des sources de bruit.

Author: Manuel Mettenleiter
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Languages : fr
Pages : 313

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Ce travail de thèse traite du contrôle actif adaptatif des instabilités aéroacoustiques en vue d'application aux systèmes de propulsion. Dans un premier temps, le phénomène d'instabilité a été analysé dans une configuration expérimentale simplifiée et le lien avec les instabilités en propulsion solide a été établi. Cette analyse a ensuite permis d'élaborer des stratégies de contrôle adaptatif, qui ont été vérifiées dans le cadre d'une simulation dynamique simplifiée, à partir d'expériences et par des simulations sur une maquette numérique. On a montré que le signal de l'actionneur modifie le comportement du système au niveau acoustique. Mais comme il existe un lien entre les fluctuations de pression et l'hydrodynamique, l'écoulement est aussi modifié par l'action du contrôleur. Après une première étape ou la faisabilité du contrôle a été démontrée, on s'est intéressé aux algorithmes agissant dans un environnement inconnu. L'information sur le système, qui est nécessaire pour la convergence du contrôleur, est maintenant acquise en parallèle pendant le contrôle. Une identification hors ligne, utilisée au début des travaux, n'est plus nécessaire. Des schémas auto-adaptatifs sont proposés et testés au niveau expérimental. Sur le plan numérique, le système de contrôle adaptatif a été interfacé avec un code de résolution des équations de Navier-Stokes permettant la simulation des grandes échelles. Les problèmes posés par la représentation de l'actionneur ont été résolus par la mise en place de termes sources dans le domaine de calcul. Une démonstration du contrôle a été effectuée sur cette base avec des résultats encourageants.