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Acoustique
&
Techniques n° 50
Des obstructions de contrôle pour lutter
contre le bruit des ventilateurs axiaux
eux types de bruits de ventilateur sont à distinguer :
le bruit large bande, associé à la turbulence, et de nature
fortement aléatoire, et le bruit de raie à la fréquence de
passage des pales (FPP) et ses harmoniques, périodique par
nature. Des solutions passives, basées sur la géométrie des
pales du rotor et sur l’environnement immédiat du ventilateur,
ont déjà permis de réduire le bruit rayonné. Il s’agit de mesures
préventives. Cependant, lorsque l’écoulement traversant le
ventilateur est spatialement non uniforme, cas fréquemment
rencontré en pratique, un bruit de raie peut fortement émerger
du bruit large bande. Ce bruit est souvent basse fréquence
pour les ventilateurs largement subsoniques; dans ce cas,
l’ajout de matériaux absorbants est inefficace et les silencieux
encombrants et coûteux. De plus, la place disponible pour
ces ajouts est souvent limitée, comme dans le cas des
ventilateurs de radiateur d’automobile. Il faut alors faire appel
à des mesures curatives, comme le contrôle actif acoustique
ou le contrôle actif à la source.
En contrôle actif acoustique conventionnel, des haut-parleurs
sont utilisés pour générer un bruit en opposition de phase avec
le bruit à contrôler. Beaucoup d’applications de contrôle actif
du bruit de ventilateur sont orientées vers le contrôle d’ondes
planes en conduit [1] et peu en champ libre [2]. D’autres
études ont aussi montré qu’un contrôle actif du bruit de raie
à la source est possible, soit en contrôlant les forces sur les
pales (génération magnétique [3] ou vibratoire [4]), soit en
contrôlant directement l’écoulement à l’origine des forces :
- aspiration de la couche limite ou soufflage au bord de fuite
des pales d’un rotor [5],
- injection de fluide au bord de fuite d’aubes de stator pour
réduire les sillages lâchés par celles-ci et interceptées par les
pales du rotor [6] ou,
- injection d’air par des buses réparties circonférentiellement
entre le rotor et un stator [7]. Ces solutions technologiques
présentent un grand intérêt pour l’intégration des systèmes
de contrôle actif mais sont relativement complexes et
dispendieuses.
Dans cet article, nous traitons d’une technique semi-active
particulière, qui fait appel ni au contrôle passif ni au contrôle
actif conventionnels. Cette technique consiste à créer
volontairement une non-uniformité dans l’écoulement à l’aide
d’obstructions pour générer des sources aéroacoustiques
secondaires en opposition de phase avec les sources
primaires. Quelques études ont porté sur l’utilisation de
cylindres introduits dans l’écoulement [8-11]. Cependant les
Anthony Gérard,
Alain Berry,
Patrice Masson
Groupe d’Acoustique
de l’Université de Sherbrooke
QUEBEC, J1K 2R1
Canada
E-mail : anthony.gerard@USherbrooke.ca
Yves Gervais
Laboratoire d’études aérodynamiques
40, avenue du Recteur Pineau
Bat. K
86022 Poitiers CEDEX
E-mail : yves.gervais@lea.univ-poitiers.fr
Résumé
L’homogénéisation passive adaptée de la non-uniformité de l’écoulement traversant le ventilateur
est une approche originale de contrôle du bruit de raie qui se distingue des techniques de contrôle
passives et actives classiques. L’idée du contrôle passif adapté de l’écoulement est de tirer parti
d’un des mécanismes de génération du bruit de raie pour le contrôler. Une obstruction de contrôle
peut ainsi être positionnée en amont du rotor de sorte qu’elle provoque un rayonnement secondaire
d’égale intensité mais en opposition de phase avec le rayonnement primaire à la fréquence de
passage des pales (FPP) ou un de ses harmoniques. Plusieurs obstructions de contrôle peuvent être
utilisées pour contrôler plusieurs fréquences. Dans cette étude, des obstructions sinusoïdales et
trapézoïdales sont proposées pour contrôler la FPP et son premier harmonique, sans régénération
d’harmoniques d’ordres supérieurs. Des résultats expérimentaux en champ libre sur un ventilateur
de radiateur d’automobile ont montré que le contrôle est efficace dans tout l’espace à la FPP. Des
atténuations de l’ordre de 21 dB et 15 dB ont aussi été obtenues dans un conduit, respectivement à
la FPP et à son premier harmonique. Finalement, des mesures d’efficacité de l’ensemble ventilateur/
obstruction de contrôle ont montré que la perte d’efficacité aéraulique engendrée par l’ajout d’une
obstruction de contrôle est inférieure à 1%, ce qui est négligeable par rapport au gain acoustique.
Abstract
This paper presents a novel approach for the passive adaptive control of tonal noise radiated from
subsonic axial fans. Tonal noise originates from non-uniform flow that causes circumferentially
varying blade lift and gives rise to radiated dipolar sound at the blade passage frequency (BPF)
and its harmonics. The approach used in this paper is to introduce a flow control obstruction to
generate a secondary circumferential unsteady lift mode, of equal amplitude but opposite in phase
with the most radiating primary circumferential unsteady lift mode so that the resultant of both the
most radiating primary mode and the secondary mode is null. Acoustic pressure attenuation up to
21 dB and 15 dB was obtained respectively at the BPF and at its first harmonic, using two control
obstructions. Finally, the aerodynamic performance of the automotive fan used in this study is almost
unaffected by the presence of the control obstruction.
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