Le bruit des ventilateurs, hélices et rotors n'est pas un phénomène unique ; au moins deux mécanismes agissent ensemble, et les confondre conduit à intervenir au mauvais endroit.
Le bruit tonal
Des pics nets à la fréquence de passage des pales et à ses harmoniques. La source est l'exposition périodique de la distribution de pression de la pale à un observateur. Un écoulement d'entrée non uniforme le renforce : la pale est chargée différemment à chaque tour.
Moyens de le réduire :
- Redresser l'écoulement d'entrée. Un coude ou un obstacle en amont du ventilateur est la cause la plus fréquente d'une composante tonale. Voir la note sur l'écoulement secondaire.
- Augmenter l'espacement rotor-stator.
- Choisir des nombres de pales et d'aubes directrices sans diviseur commun — sinon les interactions se superposent en phase.
- Donner de la flèche aux pales pour étaler le passage dans le temps.
Le bruit à large bande
Une composante répartie sur l'axe des fréquences, sans pics. Sa source est la turbulence : fluctuation de l'écoulement incident, couche limite sur la pale, et tourbillons détachés au bord de fuite.
Les moyens de le réduire sont l'abaissement de la vitesse en bout de pale (le plus efficace, mais il abaisse aussi la capacité), les dentelures de bord de fuite et la réduction du jeu en bout de pale. Le tourbillon de jeu est une source commune de bruit et de perte de rendement.
Modélisation
La composante tonale peut se calculer à partir de la fluctuation de pression instationnaire sur la pale, obtenue par une solution à maillage glissant. Voir la note sur les machines tournantes.
La composante à large bande exige de résoudre la turbulence elle-même ; la RANS ne peut pas la produire. Voir la note RANS/DES/LES.
En pratique, la plupart des études industrielles ne visent pas un niveau sonore absolu ; elles trouvent les sources et améliorent par comparaison. Voir la note sur le bruit dans les gaines.
Références
- Spalart, P. R., Jou, W.-H., Strelets, M. & Allmaras, S. R. (1997). Comments on the feasibility of LES for wings, and on a hybrid RANS/LES approach. In Advances in DNS/LES, Greyden Press, Columbus, OH.
- International Towing Tank Conference. ITTC Recommended Procedures and Guidelines 7.5-03-02-03: Practical Guidelines for Ship CFD Applications. ITTC.