Modélisation généralisée du bruit de rotor installé : de l'écoulement perturbé en amont à la réponse acoustique des pales

Le développement rapide des drones, de la propulsion électrique distribuée et des aéronefs à décollage et atterrissage verticaux conduit à des architectures dans lesquelles les rotors fonctionnent à proximité immédiate d'ailes, de mâts, de pylônes ou d'autres rotors. Dans ces configurations dites « installées », les performances acoustiques d'un rotor ne peuvent plus être prédites en considérant celui-ci comme une source isolée. Les surfaces environnantes modifient l'écoulement incident sur le rotor et les efforts aérodynamiques instationnaires sur les pales, tandis que le rotor génère en retour des charges fluctuantes sur son environnement. Ces interactions peuvent conduire à une augmentation importante du bruit tonal et broadband et devenir déterminantes pour l'empreinte acoustique des futurs aéronefs. Une difficulté majeure réside dans la grande diversité des perturbations pouvant atteindre un rotor. Un corps fixe produit une perturbation potentielle, irrotationnelle et stationnaire dans le référentiel de l'aéronef. Un corps portant produit également un sillage et des tourbillons, qui sont au contraire rotationnels et convectés par l'écoulement. Enfin, dans une architecture multi-rotors, le rotor amont constitue lui-même la source de la perturbation : le rotor aval peut alors ingérer un sillage fortement instationnaire. Ces différents mécanismes sont aujourd'hui généralement modélisés séparément, alors qu'ils agissent tous sur la pale à travers une même grandeur fondamentale : le champ de vitesse instationnaire rencontré le long de sa trajectoire. Le projet propose donc de développer un cadre de réponse généralisé capable de relier de manière unifiée la perturbation aérodynamique incidente, le chargement instationnaire sur les pales et le bruit rayonné. L'approche reposera sur deux briques complémentaires : (i) une représentation compacte d'une perturbation tridimensionnelle arbitraire au niveau du disque rotor et (ii) un opérateur de réponse de la pale permettant de convertir cette perturbation en efforts instationnaires et en rayonnement acoustique. La recherche s'appuiera sur une hiérarchie de configurations canoniques, allant du corps fixe produisant principalement une perturbation potentielle jusqu'à l'ingestion du sillage d'un rotor amont, en passant par des corps portants générant simultanément champ potentiel et sillage. Des simulations haute fidélité et des campagnes expérimentales permettront de caractériser les perturbations incidentes et de valider progressivement les modèles réduits. Les expériences menées dans la chambre anéchoïque de l'ISAE-SUPAERO seront complétées par des mesures en soufflerie anéchoïque, permettant d'étudier l'ingestion de sillage à incidence et à vitesse d'avancement non nulle. Un objectif essentiel sera de déterminer comment la perturbation évolue lors de sa convection : persistance du champ potentiel, développement des sillages et tourbillons, interaction entre fréquences de rotation, apparition de battements et transfert progressif d'une partie de l'énergie déterministe vers des fluctuations broadband. Le modèle obtenu devra ainsi conserver une interprétation physique de ses paramètres tout en restant suffisamment peu coûteux pour être intégré dans des boucles de conception, d'optimisation, de prédiction d'empreinte sonore et d'auralisation. À terme, cette approche doit permettre de dépasser les modèles spécifiques à une géométrie particulière et de fournir une méthodologie commune pour prédire le bruit des rotors installés sur une large gamme d'architectures aéronautiques. Elle contribuera ainsi à identifier les mécanismes physiques responsables du bruit d'interaction et à déterminer les paramètres géométriques et opérationnels permettant de le réduire dès la phase de conception. École doctorale : MEGEP - Mécanique, Energétique, Génie civil, Procédés Direction : Romain GOJON Financement : MSCA COFUND BEST