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Résumé :

Le bruit issu de la combustion dans les turbomoteurs tend à devenir l'une des principales sources de bruits des avions, du fait des améliorations successives visant à diminuer le bruit de jet, la consommation de carburant et la génération de dioxyde d'azote. Les nouvelles générations de turbomoteurs sont ainsi caractérisées par une taille plus compacte (avec notamment moins d'étage de turbine) et une activité thermo-acoustique plus intense. Deux mécanismes sont à la source du bruit de combustion : le bruit direct issue des ondes acoustiques générées par la flame et le bruit indirect issu de l'accélération et décélération des fluctuations non-acoustiques dans les étages de la turbine. Dans ce contexte, il est essentiel pour la conception de ces moteurs de s'appuyer sur une méthodologie de calcul permettant la prédiction du bruit de combustion et de ces deux principaux mécanismes générateurs. Pour cela, le CERFACS travaille depuis plusieurs années sur le développement d'une méthodologie de calcul basée sur la simulation aux grandes échelles (SGE) des chambres de combustion couplée à une méthode analytique pour propager le bruit dans les étages de turbine.

Cette thèse s'est focalisée sur les modèles analytiques décrivant la génération de bruit dans des tuyères (domaine simplifié de turbine) et de leur validation par des simulations numériques instationnaires précises. Ainsi, le modèle de prédiction du bruit indirect lié aux fluctuations de composition a été revisité et validé à l'aide de simulations nécessitant le développement de nouvelles conditions non-réfléchissantes. Ce modèle est par la suite étendu afin de prendre en compte la variation des capacités calorifiques des espèces de l'écoulement en fonction de la température. Son impact sur les mécanismes de génération de bruit est évalué à l'aide d'études paramétriques. Enfin, la génération de bruit dans les turbines a été étudiée de manière théorique et applicative. D'un côté, après avoir proposé un modèle analytique réduit décrivant la propagation des ondes 1D à fréquences nulles, ce modèle est étendu à toutes les fréquences et comparé à des résultats instationnaires dans un stator. La propagation d'ondes 2D de type entropique dans un stator et une tuyère sont ensuite réalisées et analysées. D'un autre côté, la méthodologie de calcul du bruit de combustion complète, appelée CONOCHAIN, est appliquée en partant de résultat de simulation numérique diphasique du moteur d'hélicoptère TEENI dans le cadre du projet CIRRUS. Les niveaux de bruit de combustion sont analysés et comparés en sortie turbine et en champs-lointain à des résultats expérimentaux et numériques précédents.

Jury :

Christophe Bailly	LMFA	Rapporteur
Friedrich Bake	BAM	Rapporteur
Aimee S. Morgans	Imperial College London	Examinatrice
Thierry Schuller	IMFT	Examinateur
Guillaume Daviller	CERFACS	Directeur de thèse
Stéphane Moreau	CERFACS	Co-directeur de thèse
Jacky Mardjono	Safran Aircraft Engines	Invité