LES ETUDES DEVELOPPEES CONSISTENT EN LA PREVISION NUMERIQUE DU BRUIT DE JETS LIBRES SUBSONIQUES SOUMIS A UNE INJECTION DE MASSE ET DE SA REPARTITION SPECTRALE. LES OBJECTIFS SONT D'UNE PART, L'ANALYSE DES MECANISMES DE REDUCTION DE BRUIT DE JETS PAR INJECTION DE MASSE, ET D'AUTRE PART LA DETERMINATION DE CONDITIONS D'INJECTION CONDUISANT A UNE REDUCTION SONORE. ON SE PLACE DANS LE CADRE DE L'ANALOGIE DE LIGHTHILL, ET ON CONSIDERE UNE TURBULENCE HOMOGENE AVEC UN FORT CISAILLEMENT MOYEN. LA RESOLUTION DE L'EQUATION DE LIGHTHILL SE FAIT PAR UNE METHODE INTEGRALE, PAR CONSEQUENT LA MODELISATION DE LA TURBULENCE EST STATISTIQUE. ON DISPOSE FINALEMENT DE LA PUISSANCE ACOUSTIQUE GLOBALE, DU SPECTRE SONORE ET DE LA REPARTITION DES SOURCES ACOUSTIQUES. LA PUISSANCE ACOUSTIQUE EST ESTIMEE A PARTIR DE LA FORMULE DE LILLEY ET LA REPARTITION DES SOURCES SONORES EST DONNE PAR LE MODELE DE DAVIES. LE MODELE NUMERIQUE DU CONTENU FREQUENTIEL DE L'EMISSION SONORE PREND EN COMPTE LA STRUCTURE INTRINSEQUE DE L'ECOULEMENT. DE CE FAIT, LE RAYONNEMENT ACOUSTIQUE EST MODULE PAR CELUI DES STRUCTURES A GRANDES ECHELLES EN MODELISANT LE CHAMP TURBULENT SPATIO-TEMPOREL ET EN DEFINISSANT LE VOLUME SOURCE EQUIVALENT. LES GRANDEURS TURBULENTES NECESSAIRES POUR LE CALCUL ACOUSTIQUE SONT DONNEES PAR UN CODE DE CALCUL BASE SUR LE MODELE DE TURBULENCE K-. L'ANALYSE DES MECANISMES DE REDUCTION SONORE MONTRE QUE CELLE-CI EST LIEE A LA TURBULENCE, AU CISAILLEMENT MOYEN ET A L'INTENSITE DES SOURCES ACOUSTIQUES. ON MONTRE AINSI QU'IL EST POSSIBLE A PARTIR D'UN CALCUL AERODYNAMIQUE, BASE SUR LE MODELE K-, ET D'UNE MODELISATION AEROACOUSTIQUE DE DEVELOPPER DES METHODES DE PREVISION DE BRUIT QUI ETENDENT LE CHAMP DES APPLICATIONS

L'injection d'eau en grande quantité dans les jets des moteurs fusées est une technique utilisée pour tenter de réduire les niveaux sonores intenses créés dans la phase de décollage des lanceurs spatiaux. L'emploi de cette technique est en grande partie empirique, étant donnée la complexité de la situation et de la méconnaissance des mécanismes mis en jeu. Aussi une recherche coordonnée avec le CNES et l'ONERA a-t-elle été entreprise sur des configurations simples d'écoulement (jets libres) afin de dégager les divers mécanismes, dont les effets acoustiques peuvent être antagonistes et de proposer des configurations "optimales" d'injection. Deux idées de mécanismes conduisant à une réduction du niveau sonore émis par un jet viennent immédiatement à l'esprit : la réduction de la vitesse du jet de gaz par transfert de quantité de mouvement avec la phase liquide et la réduction de la température du jet par vaporisation. Dans une première étape et afin de dissocier les effets, l'influence de l'injection a été testée sur des jets subsoniques froids. En jet subsonique une étude complète des caractéristiques acoustiques a été effectuée en chambre sourde : niveaux globaux, spectres et directivités ont été mesurés pour différentes conditions d'injection. Pour la configuration optimale, on a relevé un gain global de 2dB. L'analyse spectrale a montré que la réduction de bruit s'effectue sur une large gamme de fréquences. Des mesures aérodynamiques par granulométrie laser Doppler ont permis de vérifier que la vitesse moyenne de l'écoulement était bien réduite selon le concept de transfert de quantité de mouvement entre les deux phases. Une campagne de localisation de sources par traitement d'antenne focalisée a mis en évidence que l'interaction entre le jet d'air et l'eau injectée était une source de bruit importante.

UNE ETUDE EXPERIMENTALE A ETE REALISEE POUR METTRE EN EVIDENCE LES EFFETS DE L'INJECTION D'EAU SUR LE CHAMP ACOUSTIQUE D'UN JET LIBRE D'AIR. CE TRAVAIL DE RECHERCHE S'EST SCINDE EN DEUX ETUDES EXPERIMENTALES DE MANIERE A DEMONTRER QUE L'INJECTION DE MASSE DILUER LA QUANTITE DE MOUVEMENT ET D'ETUDIER QUALITATIVEMENT L'INJECTION D'EAU DANS UN JET SUPERSONIQUE FROID. LE PRINCIPAL INTERET DE CES TRAVAUX CONSISTE A MONTRER LA CORRELATION ENTRE REDUCTION DE BRUIT ET DIMINUTION DES VITESSES TURBULENTES. PLUSIEURS SYSTEMES D'INJECTION D'EAU ONT ETE TESTES SUR UN JET SUPERSONIQUE. LA COMPARAISON DES SPECTRES OBTENUS A MIS EN EVIDENCE DEUX SYSTEMES EFFICACES: CE SONT CEUX QUI REPARTISSENT L'EAU OU LES GOUTTES LONGITUDINALEMENT AU JET

Le travail présenté dans ce mémoire est relatif au bruit intense émis par le lanceur Ariane V au décollage qui est susceptible d’endommager les charges utiles présentes dans la coiffe du lanceur. L’objectif est d’apporter des éléments nouveaux à la compréhension des phénomènes aérodynamiques à l’origine du bruit émis par les jets subsoniques et supersoniques chauds. Deux études expérimentales sont menées dans ce but. La première s’intéresse à l’influence de la température du jet sur le rayonnement sonore en champ lointain. Les informations concernant les fluctuations de température dans de tels écoulements sont difficiles à obtenir. C’est pourquoi une méthode expérimentale innovante, la Fluorescence Induite par Laser Plan (PLIF) avec acétone, est testée sur des écoulements faiblement subsoniques afin de mieux cerner les possibilités et les limites de la technique. L’application à des écoulements de nombre de Mach plus importants est ensuite discutée. L’autre étude expérimentale est réalisée au banc MARTEL sur deux jets supersoniques chauds, simulant les conditions du lanceur Ariane V au décollage. Les deux jets ont des conditions génératrices équivalentes, mais l’un est adapté et l’autre est non-adapté. L’objectif est de mettre en évidence l’influence des cellules de choc sur le champ sonore rayonné et d’étudier les mécanismes sources de bruit. A cet effet, une méthode causale reliant les fluctuations de vitesse au sein de l’écoulement et le bruit mesuré en champ lointain est appliquée. Les corrélations uʹ-pʹ mettent en évidence une relation forte entre certaines zones des écoulements et le champ sonore rayonné à des angles d’observation proches de l’axe des jets, à savoir les zones de mélange situées à la fin du cône potentiel et les couches de mélange mais aussi la zone supersonique et les cellules de choc pour le jet non-adapté.

This didactic book presents the main elements of acoustics, aeroacoustics and vibrations. Illustrated with numerous concrete examples linked to solid and fluid continua, Acoustics, Aeroacoustics and Vibrations proposes a selection of applications encountered in the three fields, whether in room acoustics, transport, energy production systems or environmental problems. Theoretical approaches enable us to analyze the different processes in play. Typical results, mostly from numerical simulations, are used to illustrate the main phenomena (fluid acoustics, radiation, diffraction, vibroacoustics, etc.).

Professionals working in the field of combustion may well find many points of interest, highlighted by the book's logical and global approach to phenomena, which considers mechanical, thermal and chemical aspects simultaneously. The book prioritises an understanding of the physical and chemical aspects of the phenomena, and lays particular emphasis on experimental analyses and modern numerical simulations, and on the way in which these phenomena are translated into equations.Contents: Introduction: Discovering combustion and flames. 1. Combustion thermodynamics. 2. Chemical kinetics applied to combustion. 3. Mass and energy transport by convection and diffusion. 4. Self-ignitions in closed systems. 5. Laminar flames and deflagrations. 6. Turbulent flames and deflagrations. 7. Detonation and supersonic combustion. 8. Flame ignition. 9. Combustion of liquids and sprays. 10. Pollutant emissions in combustion reactions. Index.