39
Acoustique et défense
66
La maîtrise de la discrétion acoustique dans un programme de navire
Toutefois, il apparaît que le nombre de Reynolds, ratio
des forces d’inertie sur les forces de viscosité (
,
ν
viscosité cinématique) ne peut être conservé, privilégiant
les effets visqueux sur le modèle, et affectant du coup le
sillage des barres, l’écoulement sur les pales ainsi que les
caractéristiques de la turbulence. Cependant, il est possi-
ble de démontrer numériquement que ce non-respect est
marginal pour l’évaluation des phénomènes étudiés.
La similitude élastique des structures intervenant dans le
processus de rayonnement des raies BR a été recherchée
en reproduisant le plus fidèlement possible la ligne d’arbre,
la butée, son carlingage ainsi que la coque. Pour chacun
des constituants, les paramètres à conserver sont :
sont respectivement lemodule de Young, la masse volu-
mique, le coefficient de Poisson et l’amortissement de
la structure.
- Le bruit en moyennes fréquences provient des vibra-
tions des pales excitées par leur couche limite ou par les
échappements tourbillonnaires. La forme et la position
fréquentielle de ces phénomènes sont indépendantes de
la vitesse. Leur émergence par rapport au fond de spec-
tre diminue en hautes fréquences.
Il apparaît alors que la représentativité des mesures acous-
tiques sur maquette est indépendante de la structure de
celle-ci. Elle est assurée par la similitude de l’écoulement
au sein du propulseur et la similitude géométrique et élas-
tique de celui-ci.
La similitude élastique est obtenue en réalisant les modèles
dans des matériaux strictement identiques à ceux utilisés
au réel ; seuls les modes de fabrication (pales rapportées
sur modèle, propulseur monobloc au réel) peuvent induire
une légère dérive sur l’amortissement structural
η
s.
- Le bruit de cavitation résulte d’un phénomène de
vaporisation de l’eau apparaissant lorsque la pression
locale atteint la pression de vapeur saturante de l’eau.
Elle se manifeste sous diverses formes dans toutes les
zones dépressionnaires de l’écoulement ; son appari-
tion est favorisée par les hautes vitesses et les faibles
immersions. Elle s’amorce à partir de points faibles,
les germes, qu’on peut assimiler à des microbulles en
suspension. Les poches de vapeur ainsi générées sont
convectées vers des zones de pressions plus élevées.
Leur recondensation s’accompagne d’une implosion très
énergétique, de rayonnement acoustique monopolaire,
donc très efficace.
L’étude des phénomènes de cavitation de propulseurs est
extrêmement complexe, les paramètres régissant l’appa-
rition de ces phénomènes étant liés à l’environnement.
Leur liste (nombres de Thoma et de Weber, teneur en
germes, taux d’oxygène dissous) montre clairement que
les conditions de similitude sont largement imparfaites
dans le lac de Castillon. De ce fait, la maquette MN2 ne
peut être utilisée que pour comparer, entre divers propul-
seurs, la précocité d’apparition de la cavitation en fonc-
tion de la vitesse d’avance. Cette comparaison s’effectue
à partir de la détection de changement brutal de pente
des spectres de bruit rayonné en hautes fréquences pour
une certaine vitesse limite.
Bruits d’origine hydrodynamique hors propulseur
La liste des bruits d’origine hydrodynamique d’un sous-
marin, hors propulseur, peut être scindée en deux gran-
des catégories :
- les bruits liés à l’écoulement seul, dits bruits directs,
- les bruits liés à l’interaction de l’écoulement avec tout
ou partie du sous-marin.
De nombreux travaux montrent que le bruit direct est
toujours négligeable en hydrodynamique navale. Son évalua-
tion est sans intérêt, et serait quoi qu’il en soit impossi-
ble à l’aide de la maquette MN2 puisqu’il est indissocia-
ble des bruits d’interaction qui le masquent.
Les bruits dits d’interaction se décomposent en trois
catégories :
- la diffraction par effet de bords,
- le rayonnement de structures vibrant sous l’action de
l’écoulement,
- les résonances de cavité.
- Le mécanisme de diffraction par un bord de fuite d’un
profil provient d’un phénomène de conversion de la zone
convective des fluctuations de pression vers la zone acous-
tique. Cet apport d’énergie compense alors l’absence de
rayonnement de la structure du profil, considérée rigide ;
il est à l’origine d’un rayonnement de type dipolaire, rela-
tivement efficace.
Si la maquette MN2 se prête à l’étude de tels phénomè-
nes, il est toutefois quasiment impossible de les disso-
cier des bruits imputables au rayonnement des structures
vibrant sous l’action de l’écoulement : en effet, la pente
fréquentielle des spectres de bruit rayonné et l’évolution
de ceux-ci avec la vitesse d’avance sont très proches dans
les deux cas. Le bruit de diffraction est donc noyé dans
le bruit des structures.
- Le premier phénomène de rayonnement d’une structure
vibrant sous l’action de l’écoulement provient de la coïn-
cidence fréquentielle entre les lâchers tourbillonnaires au
bord de la fuite d’un profil (barres, massif) et ses modes
propres de vibrations.
Si les conditions de similitude d’écoulement permettent
sur MN2 de reproduire l’excitation, il n’en est pas de même
pour la réponse des structures, aucun appendice n’étant
en similitude de structure sur la maquette. Celle-ci n’est
donc pas employée à l’étude de ces phénomènes, dont la
mise en évidence ne nécessite pas l’intégralité de la plate-
forme et conduit à prôner l’utilisation de moyens d’essais
de type tunnel hydrodynamique.
- Le deuxième phénomène correspond au rayonnement
de la coque et des superstructures (ponts, charpentes,
massif) sous l’action de la couche limite turbulente et
des perturbations engendrées à l’emplanture des divers
appendices (massif et barres).
