Comportement d'un absorbant actif en écoulement : étude théorique et expérimentale

Benjamin Betgen

Description

Sous la direction de Marie Annick Galland
Thèse soutenue le 15 septembre 2010: Ecole centrale de Lyon
La présente thèse s’inscrit dans la suite des travaux sur les absorbants acoustiques hybrides actifs/passifs menés au Centre Acoustique du LMFA depuis une quinzaine d’années. Ces absorbants sont constitués de cellules couvertes par une mince couche de matériau poreux et équipées d’un système de contrôle actif permettant d’annuler la pression acoustique en face arrière du poreux. L’impédance de surface ainsi obtenue est purement réelle et donnée par la résistance du poreux utilisé. Le concept d’absorbant hybride renvoie au fonctionnement double des cellules puisque le contrôle actif est utilisé en basses fréquences uniquement,le système passif cavité-poreux assurant une absorption suffisante en plus hautes fréquences. Une application distincte a fait l’objet d’un grand nombre d’études, à savoir l’utilisation des cellules hybrides comme revêtement pour les parois de conduits, et plus particulièrement des entrées et des sorties d’air de nacelles de turboréacteurs. En effet, les absorbants passifs classiquement utilisés manquent de performance dans le domaine des basses fréquences. Or, le taux de dilution des nouveaux moteurs d’avions ne cesse de s’accroître,ce qui implique des soufflantes de plus en plus grandes, générant des émissions harmoniques en basses fréquences.Les objectifs de ce travail résultent de différents enjeux qui se présentent dans le cadre d’une telle application. Premièrement, l’impédance optimale en termes de réduction de bruit à réaliser en paroi d’un conduit est complexe et dépend de la fréquence. Un nouvel absorbant, dit absorbant hybride complexe, a été développé dans le but de produire de telles impédances. Un microphone supplémentaire en face avant du poreux permet alors d’estimer la vitesse à partir du gradient de pression et par conséquent l’impédance de surface de l’absorbant. Une couche protégeant le microphone en face avant de l’écoulement rasant est devenue nécessaire, et son effet sur l’impédance doit être prise en compte. Les mesures en Tube de Kundt montrent toutefois que des impédances optimales typiques (telle que l’impédance de Cremer) peuvent être obtenues. La bonne performance du nouvel absorbant est confirmée par mesure de la perte par transmission en absence d’écoulement ; elle est triplée par rapport à l’ancien absorbant hybride. Le champ complexe des impédances a ensuite été balayé expérimentalement à l’aide du nouvel absorbant, et ceci sans, ainsi qu’avec écoulement. La performance maximale est trouvée considérablement réduite en présence d’un écoulement,en contraste avec les calculs qui prédisent avant tout un décalage de l’optimum. L’étude des effets menant à la dégradation des performances constitue le deuxième axe de ce travail. Elle est menée à travers de mesures de Vélocimétrie Laser Doppler qui permettent de visualiser le champ acoustique en voisinage des différents absorbants hybrides. En effet, l’influence de l’absorbant hybride sur la veine est étendue sans écoulement et sa surface apparaît comme impédance uniforme. La présence de l’écoulement fait rétrécir cette zone au voisinage direct de chaque cellule.A ce jour, il n’est pas certain que la performance des absorbants hybrides puisse être considérablement améliorée en présence d’un écoulement rapide. Cependant, il y a des applications possibles a court terme du contrôle actif d’impédance, par exemple comme moyen expérimental. En effet, un contrôle plus flexible des conditions aux limites peut être utile pour une multitude d’expérimentations en acoustique.
-Absorbant hybride actif / passif
The background of the present study is the research at the “Centre Acoustique du LMFA” in hybrid active/passive absorbers in the past 15 years. These absorbers are made of thin resistive layers backed by cells that each contain an active control system permitting to cancel acoustic pressure on the rear side of the resistive layer. The surface impedance that is realised in active mode is purely real and given by the resistance of the layer. The concept of hybrid absorption implies the use of active control in the low frequency region only. Passive absorption of the resonator-like system is indeed sufficient at higher frequencies. One application has been studied in particular, namely the use of hybrid absorbers as liners in flow ducts like turboengine intakes and outlets. In fact, the passive absorbers classically used suffer from a lack of performance in the low frequency region. At the same time, the bypass-ratio of modern turboengines continues to increase, which implies larger and larger fans emitting low frequency noise.The objectives of this study originate from different challenges that arise in such a context. First of it all,the optimal impedance for a liner in terms of noise reduction is complex and frequency dependent. A new absorber, the complex hybrid absorber, has been developed in the aim of realising such kind of impedances.A second microphone at the front face of the absorber permits to measure the pressure gradient through the resistive layer and therefore to estimate velocity and impedance. Another layer protecting the front face microphone from grazing flow has to be introduced and its effect on surface impedance has to be taken into account. Measurements in a standing wave tube show that typical optimal impedance functions (suchas the Cremer impedance) can be obtained. The good performance of the new liner has been confirmed by transmission loss (TL) measurements without flow, it is virtually tripled in respect to the former absorber.The complex impedance plane has finally been scanned experimentally using the new absorber and TL hasbeen recorded without and with grazing flow. Maximum TL is significantly decreased in presence of flow,which is in contrast to the performed modal calculation that predicts rather a shift of optimal impedance than a decrease of TL. The investigation of the effects leading to this decrease of performance constitutes the second axis of our work. Laser Doppler Velocimetry (LDV) measurements are performed in order to visualise the acoustic field in vicinity of different hybrid absorber setups. The influence of the liner on the duct is quite global in active mode without flow and its surface appears virtually as a constant impedance.The presence of flow shrinks the zone of influence to the immediate vicinity of each cell.At this stage of the study, it is not sure if the performance of hybrid liners can be significantly increased in presence of flow. However, there are possible applications of this technology even for the short term, for example as an experimental tool. In fact, a more flexible control of impedance boundary conditions can be useful for a multitude of acoustic experiments.
Source: http://www.theses.fr/2010ECDL0019/document

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• Publié par: Thesee
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• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 8 Mo

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