thesis

Caracterisation des sources aeroacoustiques sur trains grande vitesse en vue de la prevision de la pression acoustique interne

Defense date:

Jan. 1, 1997

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Institution:

Lyon, INSA

Disciplines:

Acoustics

Authors:

Directors:

Abstract EN:

In transport industries, the increase of the velocity, and the lightning of the structures is responsible for the deterioration of acoustic comfort. In order to take into account this fact since the beginning of the design (draft studies), it is necessary to characterize acoustic sources. Within the framework of railways our study concerns especially low frequency range (0-500 Hertz) and high speeds (Mach t umber < 0,35). Hence, the source are mainly due to aerodynamic interactions. Our approach is based on the understanding of principal physical phenomena connected to a grazing turbulent t1ow over an opened cavity. Thanks to a critical bibliography analysis and to an experimental study held in a wind tunnel with scale models, we have identified and located major aeroacoustics sources. The main parameters of both flow and cavity which control those phenomena have been identified. A sturdy model is proposed and compared with the results concerning the scale models and a real configuration, the TGV. The model enable us to calculate the critical parameters that is to say the mean flow velocity and the aeroacoustics’ frequency leading to the maximum sound pressure level. As the aeroacoustics sources are identified, we develop a numerical tool RAMCES, for the prediction of the wall acoustic pressure over the whole structure. Radiating models are developed: the image sources model for the internal problem and an integral formulation with a convective media for the external problem. The implementation required the knowledge of the amplitude of equivalent monopolar source. These data are estimated from u mean value of the flow: The turbulent kinetic energy. Thanks to the granted knowledge, we propose a strategy for the reduction of aeroacoustics’ sources. Two practical solutions are presented and validated experimentally. A global cool for draft studies is developed. In the framework of a collaboration with the SNCF on a Low frequency field acoustic comfort improvement project.

Abstract FR:

Dans le domaine du transport, l'augmentation de la vitesse et l'allégement des structures sont responsables de la détérioration du confort acoustique. Afin d'intégrer cette notion dès la conception, il est nécessaire de caractériser les sources acoustiques. Dans le cadre d'une application ferroviaire, pour les vitesses considérées (Nombre de Mach<0,35) et pour le domaine des basses fréquences (0-500Hz), celles-ci sont principalement d'origine aérodynamique. La démarche retenue repose sur la compréhension des principaux phénomènes physiques mis en jeu dans le cas d'une cavité ouverte sollicitée par un écoulement turbulent. Grâce à une analyse bibliographique critique et à une expérimentation menée en soufflerie sur maquette, nous avons pu identifier, puis localiser les sources aéroacoustiques majeures. Les principaux paramètres de l'écoulement et de la cavité ouverte gouvernant ces phénomènes ont été identifiés. Un modèle robuste est proposé et confronté aux résultats obtenus pour les maquettes, puis pour une configuration réelle sur TGV. Celui-ci nous permet d'accéder aux paramètres critiques vitesse moyenne d'écoulement, fréquences d'émergence aéroacoustiques pour lesquels le niveau de pression acoustique généré est maximal. Les sources aéroacoustiques étant identifiées, nous développons un outil numérique RAMCES qui nous permet de calculer la pression acoustique pariétale induite sur toute la structure en mouvement. A cette fin des modèles de rayonnement ont développés : la méthode des sources images pour le problème intérieur à la cavité et une formulation intégrale en milieu convectif pour le problème extérieur. La mise en œuvre nécessite la connaissance de l'amplitude des sources mono polaires équivalentes, estimée à partir d'une grandeur moyenne de l'écoulement : l'énergie cinétique de turbulence. Grâce aux connaissances acquises, nous avons pu dégager une stratégie de réduction du niveau acoustique des sources. Deux solutions techniques proposées sont validées expérimentalement. Un outil global de type avant-projet a été développé dans le cadre d'une collaboration avec la SCNF.