Broadband noise predictions of a fan stage using large eddy simulations

Prédictions du bruit à large bande d’un étage de soufflante en utilisant des simulations aux grandes échelles La réduction du bruit des turboréacteurs est un enjeu important pour les fabricants de moteurs d'avion. L'étage soufflante/redresseur est considéré comme l'une des principales sources de bruit d'un turboréacteur, particulièrement pour les nouvelles architectures de moteurs d'avion, tel que les moteurs à très haut taux de dilution. Un grand nombre de travaux de recherche a été dédié aux composantes tonales du bruit des turboréacteurs, tandis que le bruit à large bande a reçu une attention moindre. En régime subsonique, les principales sources de ce bruit à large bande sont associées à l’interaction de l’écoulement turbulent avec les surfaces solides du moteur, telles que les aubes de la soufflante et du redresseur. Dans la présente étude, des simulations aux grandes échelles (SGE) compressibles sont effectuées sur un étage soufflante/redresseur réaliste pour modéliser l’écoulement turbulent et les émissions acoustiques dans l’étage de soufflante. A cette fin, trois configurations de complexité et de coût de calcul croissants sont considérées : une tranche radiale d’un secteur périodique, puis un secteur périodique à envergure complète, et enfin un étage à circonférence complète (360°). Les paramètres numériques des SGE sont soigneusement choisis en se basant sur une étude paramétrique effectuée sur des configurations simples de plaques planes. Différentes sources de bruit sont étudiées en utilisant ces configurations, (i) soit en analysant la propagation directe par la SGE dans l’étage de soufflante, (ii) soit en séparant les contributions de chaque source de bruit à l'aide d'une méthode hybride couplant les résultats des SGE avec une analogie acoustique. Les résultats numériques sont comparés aux prédictions obtenues par des modèles analytiques issus de la littérature, dont les données d’entrée sont extraites des SGE. Certaines différences peuvent être expliquées par des sources acoustiques présentes dans les SGE qui ne sont pas considérées dans les modèles analytiques. Enfin, la surestimation du bruit dans le calcul secteur à envergure complète, due aux conditions limites périodiques, est évaluée par comparaison à la configuration à 360°.