Contribution au développement et à l'évaluation des méthodes d'identification de sources / chemins de bruit en milieu confiné

Depuis deux décennies, des efforts considérables ont été accomplis par les constructeurs d'aéronefs afin de diminuer les nuisances acoustiques externes dues aux appareils. Les progrès réalisés dans ce domaine mettent maintenant en avant le besoin d'amélioration du confort interne pour, d'une part, réduire les effets de fatigue des passagers et des membres d'équipage et, d'autre part, répondre aux critères de compétitivité entre les différents industriels du marché. Ce besoin demande de disposer d'outils de métrologie capables de renseigner sur les zones sources de bruit et cheminement associés, en cabine d'aéronefs, afin de cibler les traitements adaptés (passifs et/ou actifs). Dans le cadre de cette thèse, différentes techniques de localisation de sources (antennerie, holographie, intensité acoustique) sont présentées et utilisées pour repérer des zones de fort rayonnement acoustique en milieu con né. Il s'avère que ces différentes méthodes de mesure sont soit, théoriquement inadéquates ou utilisables avec restrictions dans ce type de milieu (production de "sources virtuelles" par réflexions parasites, présence de sources extérieures au plan d'étude), soit inadaptées à des conditions de mesures rapides ou à des signaux non stationnaires. Suite à l'identi cation et à la sélection des techniques les plus pertinentes, un outil de simulation, spéci quement développé lors de cette thèse, a été employé a n de conduire une étude paramétrique permettant de déterminer l'in uence des conditions de mesure et d optimiser les performances des techniques retenues. En n, une démarche expérimentale a été menée dans des environnements de complexité croissante. Après une analyse détaillée des résultats, des propositions d amélioration des techniques les plus appropriées sont données.TOULOUSE-ISAE (315552318) / SudocSudocFranceF

Identification du contenu modal d'une nacelle de moteur d'avion en vol en présence de fortes incertitudes

International audiencePoussés par des régulations toujours plus strictes et l'évolution des technologies actuelles, les avionneurs tournent de plus en plus leurs efforts de recherche vers le contrôle et la réduction du bruit généré par les turbomachines. Or, la compréhension des mécanismes sources associés aux éléments tournants des turbomachines passe souvent par la modélisation de la nacelle comme un guide d'ondes dans lequel plusieurs modes peuvent se propager, et rayonner dans le milieu ambiant. Dans ce contexte, l'objectif de cet article est de présenter une méthode d'identification modale robuste adaptée au contexte des essais en vol. Les données mesurées lors d'une campagne d'essais sur un avion de ligne sont présentées et commentées. Ce type d'essai permet d'étudier la source à échelle réelle et dans des conditions réalistes, mais est soumis à de fortes contraintes expérimentales (notamment sur le nombre de capteurs disponibles et leur placement) qui rendent difficile la résolution du problème inverse d'identification modale. On cherche donc à tirer un maximum d'informations pertinentes à partir des données disponibles. La propagation des modes à l'extérieur de la nacelle est modélisée numériquement, et fournit une relation linéaire entre les amplitudes modales et les données de pression aux points mesurés sur la peau du fuselage. La méthode d'identification proposée consiste à adopter un point de vue probabiliste sur ce problème inverse. L'espace d'état des distributions modales est échantillonné à l'aide d'une méthode de Monte-Carlo pour donner une image des modes les plus probablement présents dans la nacelle

Comparison of microphone array denoising techniques and application to flight test measurements

International audienceThis paper deals with the denoising of microphone array measurements. In many situations, flush mounted microphone arrays are polluted by a turbulent boundary layer, this is typically the case considering wind tunnels or inflight tests. Acoustic imaging results are strongly affected by this noise, classical approaches to solve this issue consist in removing the diagonal terms from the measured cross spectral matrix, or to implement background noise subtraction strategies. This can be sufficient for conventional beamforming approaches, but can be a limitation when implementing more advanced identification methods. This work introduces two alternative techniques, a first one based on a statistical model whose parameters are inferred from measurements (PFA-Probabilistic Factor Analysis), and a second one based on the use of noise-free references. The former is an original contribution of the work, while the later is a well known approach yet not often used in the present context. Both methods, as well as more classical approaches, are compared in the frame of inflight array measurements for the characterization of jet noise. It is shown that the proposed advanced denoising approaches show enhanced performances as compared to classical approaches when applying either conventional beamforming or inverse source characterization

Multi-criteria Approach for Instrumentation and Measurement Validation

This abstract presents the first elements of the study and deployment of a multi-criteria approach for instrumentation and measurement validation of an experimental bench. This approach is based on frequency and modal criteria. The study case is an engine aircraft liner characterization bench, named ModSquare, which is a rectangular cross-section duct, and is based on modal generation and detection principles. This test rig is composed of 171 flush mounted microphones, distributed in an optimized pseudo-random arrangement in two upstream and downstream acoustic arrays. In an experimental campaign, test matrices are generally large (about a hundred test points), leading to the generation of a huge set of temporal data, that need to be validated in a short time. Therefore, the proposed validation approach is based on a multiple criteria calculation, both in the frequency and modal domains, and to compare them with target values and associated confidence intervals, aiming at identifying potential anomalies. Thus, the final objective is to automatically classify each measurement run among the three following categories : a priori validated data, with nominal criteria ; the "should be ok" data, with barely nominal criteria, and little investigation to perform ; and the data with severe faults, which will require further analysis. Several criteria are studied. Among them, six criteria are selected in the frequency domain and two in the modal domain. A few criteria are generic and the others are tailored for this bench. The critical point is the selection of the relevant criteria, the information they provide, and their associated confidence thresholds. Their performances are tested when applied to a reference case, such as a rigid duct. This paper presents the outcomes of this study

Design dual-frequency piezoelectric MEMS microphones For wind tunnel testing

The demand for aeroacoustic measurement microphones is surging in recent years as new rules on noise reduction and environmental compliance are getting tougher. However, state-of-the-art microphones including classical measurement microphones and micro-electromechanical systems (MEMS) microphones cannot fully meet the strict requirements for wind tunnel testing (WTT) in terms of form factor, acoustic performance, and product price. To break through the bottleneck, a new type of piezoelectric MEMS microphones with dual frequency bands was designed as key part of a dedicate WTT solution, which aims to capture the unsteady pressure fluctuations underneath the turbulent boundary layer and predict the cabin noise excitation. The finite element method (FEM) was applied to analyze and optimize the MEMS design at system level. The feasibility of the new MEMS design has been preliminarily verified by characterizing the mechanical and electrical properties of first batch of dual-frequency piezoelectric MEMS microphones. The acoustic characterization was conducted to evaluate the overall performance and the system-level FEM model was refined based on the measurement results

Design and modeling of a novel piezoresistive microphone for aero acoustic measurements in laminar boundary layers using FEM and LEM

In this paper the modeling and simulation results of a piezo-resistive microphone are presented and a possible fabrication process flow and characterization concept of the sensor are described. The main objective in this funded AEROMIC project is to develop a thin and small in size microphone, which can be integrated into a flexible array, that can be mounted onto an airplane hull for flight tests. The microphone array should be no thicker than 2 mm and should contain more than 80 flush mounted single microphones, allowing acoustic measurement without disturbance of the laminar boundary layer. The pitch of the microphone sensors in the array enable high spatial resolution of the pressure fluctuation. The optimization of geometry of single sensor microphone has been done using FEA (Finite Element Analysis). For the optimization of the geometry of the single microphone chip, FEA of the air damped dynamic behavior of the diaphragm is modeled in Ansys Harmonic Response Analyses with Acoustics ACT package. To model the array on system level, a lumped-element model (LEM) is set up to predict spatial resolution and signal to noise ratio. Derived from the FEA results, a sensor chip layout with three membrane sizes is presente