Numerical Simulations of Acoustic Imaging in Hydrodynamic Tunnel with Model Adaptation and Boundary Layer Noise Reduction

The noise requirements for naval and research vessels have seen an increasing demand for quieter ships in order to fulfil current regulations and to reduce the effects on marine life. Hence, new methods dedicated to the characterization of propeller noise, which is the main source of noise in the far-field, are needed. The study of cavitating propellers in closed-section is interesting for analyzing hydrodynamic performance but could involve significant difficulties for hydroacoustic study, especially due to reverberation and boundary layer noise in the tunnel. The aim of this paper is to present a numerical methodology for the identification of hydroacoustic sources on marine propellers using hydrophone arrays in a large hydrodynamic tunnel. The main difficulties are linked to the reverberation of the tunnel and the boundary layer noise that strongly reduce the signal-to-noise ratio. In this paper it is proposed to estimate the reflection coefficients using an inverse method and some reference transfer functions measured in the tunnel. This approach allows to reduce the uncertainties of the propagation model used in the inverse problem. In order to reduce the boundary layer noise, a cleaning algorithm taking advantage of the low rank and sparse structure of the cross-spectrum matrices of the acoustic and the boundary layer noise is presented. This approach allows to recover the acoustic signal even well under the boundary layer noise. The improvement brought by this method is visible on acoustic maps resulting from beamforming and DAMAS algorithms

Propagation acoustique en présence d'écoulement (développement de techniques laser, traitement du signal et étude analytique)

Divers aspects de la propagation acoustique en présence d écoulement sont abordés dans ce travail : développement de techniques Laser, traitement du signal associé, modélisation analytique. Une première étude permet d adapter la Vélocimétrie par Images de Particules à la mesure de champs de vitesse acoustique et d utiliser cette technique pour la mesure de profils de vitesses dans les couches limites de Stokes. Par ailleurs, une nouvelle méthode de traitement de signaux obtenus par Vélocimétrie Laser à effet Doppler est proposée pour l extraction de caractéristiques acoustiques dans un écoulement moyen. Les résultats de cette méthode sont avantageusement comparés à des résultats par mesures microphoniques et à ceux d autres méthodes de traitement de signal. Enfin, une solution analytique pour la propagation acoustique multi-modale en présence d écoulement laminaire en conduite circulaire est développée. Elle généralise les solutions connues et permet d analyser les effets du cisaillement.Acoustic propagation in the presence of mean flow is studied from different points of view : development of Laser techniques, of the signal processing and analytical modeling. Before considering acoustic velocity measurements in mean flow, the adaptation of Particle Image Velocimetry parameters to acoustic velocity field is conducted, allowing the measurement of acoustic velocity profiles in Stokes boundary layers. On the other hand, a new method of signal processing for Laser Doppler Velocimetry bursts is proposed for extraction of acoustic features in the presence of mean flow. Results of this method are satisfactorily compared with results obtained by microphonic antenna and those of other signal processing methods. Finally, the analytical solution of multi-modal acoustic propagation in circular duct in the presence of a laminar mean flow is developed. It generalizes solutions of more particular cases and allows a study of the influence of shear on acoustic propagation.POITIERS-BU Sciences (861942102) / SudocSudocFranceF

Interferometric Laser imaging technique applied to nuclei size measurements in cavitation tunnel

International audienceInterferometric Laser Imaging Technique (ILIT) is applied to nuclei size measurements in cavitation tunnel. The use of a large collection angle optics is needed to allow nuclei size measurement down to 10 µm at 1 m distance. The negative effect of spherical aberration in such a situation is exhibited. A lens assembly, free from spherical aberrations and specifically designed for this application is presented. Measurements in a cavitation tunnel shows nuclei size distributions in the range 10-200µm. In addition to bubble sizes, ILIT can provide information on bubble concentration. To do so, a measurement volume is defined from statistical information extracted from the ILIT results themselves

Interferometric Laser imaging technique applied to nuclei size measurements in cavitation tunnel

International audienceInterferometric Laser Imaging Technique (ILIT) is applied to nuclei size measurements in cavitation tunnel. The use of a large collection angle optics is needed to allow nuclei size measurement down to 10 µm at 1 m distance. The negative effect of spherical aberration in such a situation is exhibited. A lens assembly, free from spherical aberrations and specifically designed for this application is presented. Measurements in a cavitation tunnel shows nuclei size distributions in the range 10-200µm. In addition to bubble sizes, ILIT can provide information on bubble concentration. To do so, a measurement volume is defined from statistical information extracted from the ILIT results themselves

Interferometric Laser imaging technique applied to nuclei size measurements in cavitation tunnel

International audienceInterferometric Laser Imaging Technique (ILIT) is applied to nuclei size measurements in cavitation tunnel. The use of a large collection angle optics is needed to allow nuclei size measurement down to 10 µm at 1 m distance. The negative effect of spherical aberration in such a situation is exhibited. A lens assembly, free from spherical aberrations and specifically designed for this application is presented. Measurements in a cavitation tunnel shows nuclei size distributions in the range 10-200µm. In addition to bubble sizes, ILIT can provide information on bubble concentration. To do so, a measurement volume is defined from statistical information extracted from the ILIT results themselves

Boundary layer noise subtraction in hydrodynamic tunnel using robust principal component analysis

International audienc

Caractérisation de sources acoustiques par imagerie en écoulement d'eau confiné

International audienceLa réduction du bruit hydrodynamique naval est un domaine qui concerne la Marine militaire, pour la discrétion acoustique des navires de surface et des sous-marins, ainsi que la Marine civil pour le développement de navires de recherches océanographiques ou sismiques silencieux. En champ lointain, le bruit rayonné par un navire provient principalement des propulseurs. Aujourd'hui, il est nécessaire de développer des nouvelles méthodes d'imagerie adaptées à la caractérisation de sources en tunnel hydrodynamique, afin de faire un diagnostic du comportement acoustique d'un propulseur et ainsi aider à l'optimisation d'hélice en phase de conception. L'objectif de cette communication est de présenter et comparer des méthodes d'imagerie acoustique appliquées à l'étude de sources acoustiques en écoulement d'eau confiné à travers des simulations numériques. La propagation dans le tunnel hydrodynamique est modélisée par une fonction de Green qui décrit la propagation acoustique dans un guide d'onde rigide et infiniment long. Le problème direct est complété par un modèle de pression partiale qui permet de prendre en compte le bruit de couche limite hydrodynamique qui perturbe les mesures en parois du tunnel. Une approche de débruitage issue de la littérature est également présentée afin de réduire l'influence du bruit de couche limite sur la résolution du problème inverse. La technique de formation de voies ainsi que les méthodes de déconvolution (Deconvolution Approach for the Mapping of Acoustic Sources (DAMAS), Sparsity Constraint Robust DAMAS (SC-RDAMAS), Robust DAMAS (RDAMAS)) sont ensuite présentées à travers des simulations numériques

Optimisation génétique d'antenne pour l'imagerie acoustique

International audienc

Optimisation génétique d'antenne pour l'imagerie acoustique

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Caractérisation de sources acoustiques par imagerie en écoulement d'eau confiné

International audienceLa réduction du bruit hydrodynamique naval est un domaine qui concerne la Marine militaire, pour la discrétion acoustique des navires de surface et des sous-marins, ainsi que la Marine civil pour le développement de navires de recherches océanographiques ou sismiques silencieux. En champ lointain, le bruit rayonné par un navire provient principalement des propulseurs. Aujourd'hui, il est nécessaire de développer des nouvelles méthodes d'imagerie adaptées à la caractérisation de sources en tunnel hydrodynamique, afin de faire un diagnostic du comportement acoustique d'un propulseur et ainsi aider à l'optimisation d'hélice en phase de conception. L'objectif de cette communication est de présenter et comparer des méthodes d'imagerie acoustique appliquées à l'étude de sources acoustiques en écoulement d'eau confiné à travers des simulations numériques. La propagation dans le tunnel hydrodynamique est modélisée par une fonction de Green qui décrit la propagation acoustique dans un guide d'onde rigide et infiniment long. Le problème direct est complété par un modèle de pression partiale qui permet de prendre en compte le bruit de couche limite hydrodynamique qui perturbe les mesures en parois du tunnel. Une approche de débruitage issue de la littérature est également présentée afin de réduire l'influence du bruit de couche limite sur la résolution du problème inverse. La technique de formation de voies ainsi que les méthodes de déconvolution (Deconvolution Approach for the Mapping of Acoustic Sources (DAMAS), Sparsity Constraint Robust DAMAS (SC-RDAMAS), Robust DAMAS (RDAMAS)) sont ensuite présentées à travers des simulations numériques