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Cours scientifiques - MF208 : Aéroacoustique et propagation en écoulement

Domaine > Mécanique des fluides et énergétique, Physique, optique.

Descriptif

L'aéroacoustique s'intéresse au bruit émis par les écoulements turbulents : jet issu d'un réacteur d'avion, sifflement d’une cavité ou du pantographe d’un train, bruit d’un profil d’aile ou d’une pale d’hélice en rotation. Le cours est organisé en deux parties complémentaires : la propagation sonore en écoulement inhomogène et les sources aéroacoustiques. Dans la première partie, on s’intéresse tout particulièrement à propagation sous-marine et atmosphérique, en s’appuyant sur l'approximation géométrique et les méthodes de tracé de rayons. La second partie se focalise sur la génération du bruit d'origine aérodynamique, à l’aide des analogies acoustiques de Lighthill pour les jets libres et de l’analogie de Curle pour des écoulements interagissant avec des surfaces rigides. On présentera  quelques mécanismes physiques emblématiques, et on donnera les ordres de grandeur associés. Le cours s’appuiera sur des applications variées dans les domaines de l'aéronautique, des transports terrestres ou maritimes, de l’énergie éolienne, ainsi que de la propagation sous-marine et atmosphérique.

Objectifs pédagogiques

  • Connaître les caractéristiques physiques de la propagation en écoulement ;
  • Connaître les hypothèses de l’acoustique géométrique ;
  • Savoir résoudre les équations de l’acoustique géométrique analytiquement et numériquement (tracé de rayons) ;
  • Connaître quelques mécanismes élémentaires de source de bruit en aéroacoustique ;
  • Savoir calculer le rayonnement acoustique d’une source en mouvement ;
  • Connaître les équations et les hypothèses de l’analogie de Lighthill pour les jets libres et de l’analogie de Curle en présence de surfaces rigides ;
  • Savoir analyser et traiter des signaux acoustiques ;
  • Savoir restituer un travail scientifique à l’écrit et à l’oral (mini-projet sous Matlab-Octave)
  • Savoir analyser un article scientifique en anglais.

 

Pour les étudiants du diplôme Diplôme d'Ingénieur de l'Ecole Nationale Supérieure de Techniques Avancées

Cours de 1ère année de mécanique des fluides (MF101 et 102)

Format des notes

Numérique sur 20

Littérale/grade européen

Pour les étudiants du diplôme Diplôme d'Ingénieur de l'Ecole Nationale Supérieure de Techniques Avancées

Vos modalités d'acquisition :

Mini-projet numérique (tracé de rayons) et étude de cas avec analyse d’article (aéroacoustique)

Le rattrapage est autorisé (Max entre les deux notes écrêté à une note seuil)
  • le rattrapage est obligatoire si :
    Note initiale < 6
  • le rattrapage peut être demandé par l'étudiant si :
    6 ≤ note initiale < 10
L'UE est acquise si Note finale >= 10
  • Crédits ECTS acquis : 1.25 ECTS
  • Scientifique acquis : 1.25

Le coefficient de l'UE est : 1

La note obtenue rentre dans le calcul de votre GPA.

L'UE est évaluée par les étudiants.

Programme détaillé

Programme du cours séance par séance :

  1. Introduction et motivations – Equations d’Euler linéarisées pour la propagation en milieu inhomogène en mouvement

PC : Phénomènes d’absorption dans un fluide visco-thermique - Equation d’onde dans un milieu inhomogène au repos

  1. Effets de réfraction dans milieu inhomogène en mouvement (1) : acoustique géométrique et équations des rayons

PC : équation de tracé de rayons dans une atmosphère inhomogène en mouvement – tracé de rayons pour un cas de propagation sous-marine dans un milieu stratifié

  1. Effets de réfraction dans milieu inhomogène en mouvement (2) : calcul de l’amplitude le long des rayons, applications à la propagation atmosphérique et océanique

PC en salle info : solutions numériques des équations de tracé de rayons dans un milieu stratifié en mouvement : application en acoustique atmosphérique

  1. Analogie de Lighthill, solution intégrale de l’équation d’onde avec la méthode des fonctions de Green, analyse du rayonnement des sources de bruit élémentaires

PC : Rayonnement acoustique d’une source mobile ponctuelle avec la méthode des fonctions de Green

  1. Interaction avec les surfaces solides : analogie de Curle, interprétation des sources surfaciques et volumiques

PC : Bruit de jet : optimisation bruit/poussée d’un turboréacteur, bruit d’un cylindre en écoulement transverse : application au pantographe d’un TGV

  1. Méthodes expérimentales en aéroacoustique et traitement de signaux acoustiques

PC en salle info : traitement de signaux issus de campagnes expérimentales

  1. Séance projet sur une étude de cas : analyse d’un article et traitement de signaux

Mots clés

aéroacoustique, sources de bruit aérodynamique, propagation acoustique en milieu stratifié avec écoulement, propagation sous-marine, propagation atmosphérique, théorie de Lighthill, analogie de Curle, sources en mouvement

Méthodes pédagogiques

Cours avec petites classes associées, et travail en autonomie sur le projet numérique et l'étude de cas avec analyse d’un article.
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