Acoustique

Contexte

Objectif 2050 : 65 % de réduction du bruit perçu des avions en vol

La lutte contre le bruit des avions est née avec l’essor du transport aérien civil dans les années 60. Les progrès en motorisation se sont traduits par une division par 4 du bruit perçu en une cinquantaine d’années.

L’ONERA accompagne depuis des décennies motoristes et avionneurs en étudiant la production et la propagation des bruits aéronautiques, afin de les réduire ou d’en modifier la perception. Cette guerre contre le bruit se déroule sur plusieurs fronts : moteurs (jet, soufflantes, combustion), structures (trains d’atterrissage, spoilers, becs et volets), gestion des trajectoires, et aussi perception par les riverains des aéroports eux-mêmes. Les grands logiciels d'aérodynamique de l’ONERA simulent les sources sonores. Des logiciels spécifiques calculent la propagation. De nouveaux matériaux-structures sont élaborés. La simulation du trafic est prise en compte grâce à la plateforme Iesta. La soufflerie « anéchoïque » Cepra19 est un lieu de vérification expérimentale des études sur le bruit à basse vitesse. Les grandes souffleries de l’ONERA comme S1MA à Modane s’équipent pour intégrer cet aspect de la performance aéronautique.

Le bruit de jet des lanceurs spatiaux : une contrainte pour les satellites

Lorsque les gros propulseurs d'un lanceur spatial s’allument,  la brusque libération des gaz de combustion engendre une onde de souffle extrêmement puissante. Certes, elle n’endommage pas les satellites transportés dans le lanceur car ils sont prévus pour supporter de telles secousses. Cependant, les fabricants de satellites aimeraient bien assouplir les contraintes d’environnement auxquelles leurs appareils sont soumis.

La coopération ONERA-CNES est historique dans le domaine des lanceurs. L’ONERA a ainsi activement contribué par ses travaux de R&T et d’essais expérimentaux à la fiabilité du lanceur Ariane 5 et au confort de ses charges utiles. Les décisions prises à la Conférence Ministérielle de l’ESA du 2 décembre 2014, ont confirmé le besoin crucial de maintenir la compétitivité européenne des lanceurs. Le prochain lanceur spatial européen sera Ariane 6 - low-cost et opérationnel dès 2020. Ce choix a donné une nouvelle impulsion aux thématiques « R&T lanceurs » qui se poursuivent dans le cadre de l’accord de partenariat ONERA-CNES et des  Programmes d’Intérêt Commun (PIC) récemment lancés. La simulation du bruit de jet lanceur en fait partie.

Ingrédients pour la simulation

Le solveur Navier-Stokes CHARME est utilisé pour les études numériques dans le domaine de l'aéroacoustique. Différents phénomènes sont modélisés :

  • l’interaction des ondes acoustiques avec l'environnement (tranchée de flammes, sol, etc.),
  • les réactions possibles entre les produits de combustion réducteurs,
  • l'extinction par les particules d'eau présentes dans l'air ambiant ou par les produits de combustion.

Les sources acoustiques étant les fluctuations de pression, une description fine de la turbulence est requise. On utilise une approche LES (Large Eddy Simulation), en activant le modèle de sous-grille Smagorinsky pour le traitement de la couche limite pariétale.

Résultats de simulation marquants

Simulation acoustique de jet en sortie de tuyère