Contribution expérimentale à l'identification des sources de bruit des jets subsoniques et supersoniques chauds
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Abstract EN:
The Ariane V launcher undergoes a loud and intense noise during takeoff which could be responsible of damages for satellites inside the upper section of the launcher. For this reason, the French National Space Agency CNES takes in place a scientific program to better understand and decrease noise generation. The present work is based of a fundamental research to give some elements for the understanding of noise generation in hot subsonic and supersonic jets. Two points are developed here. The first study concerns the influence of temperature on jet noise. Indeed, the question to know how temperature influences noise generation is particularly discussed today. A technique called Planar Laser Induced Fluorescence (PLIF) with acetone is used to evaluate temperature fluctuations in hot subsonic flows. The use of this method in flows at higher Mach numbers is then discussed. An other experimental study in supersonic hot jets is led. The goal is to determine if an over expanded jet generates an acoustic field different from that of an ideally expanded jet at the same generating conditions. Two supersonic jets having the same generating conditions but one of them is adapted and the other is an overexpanded shocked jet. A causality method is used to evaluate the relationship between velocity fluctuations (measured by LDV) and far-field radiated noise. Different areas of the two jets are related with sound pressure located near the jet axis: the region near the end of potential core and the shear layers but also the supersonic core of the jets and the shock cells of the shock jet.
Abstract FR:
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.