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Mesures optiques et microphoniques synchrone en écoulement rapide

Mesures optiques et microphoniques synchrone en écoulement rapide. A. Akani, H. Bailliet, J.-P. Dalmont, J.-C. Valière LEA, Université de Poitiers, ENSMA, CNRS LAUM, Université du Maine, CNRS. Objectifs.

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Mesures optiques et microphoniques synchrone en écoulement rapide

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Presentation Transcript

  1. Mesures optiques et microphoniques synchrone en écoulement rapide A. Akani, H. Bailliet, J.-P. Dalmont, J.-C. Valière LEA, Université de Poitiers, ENSMA, CNRS LAUM, Université du Maine, CNRS

  2. Objectifs • Développer des moyens de diagnostic de l’efficacité des traitements actifs proposés par le LMA, le LMFA, l’ONERA • Contrôle de pression pariétale • Perte de transmission • Contrôle de la vitesse • Améliorer la compréhension de la propagation en écoulement turbulent • Développer des méthodes optiques pour mesurer la vitesse acoustique directement par LASER et la confronter avec des mesures microphoniques • Développer des méthodes d’estimation modale par réseau de microphones

  3. Veine d’essai COS (2001-2003) CoMBE (2006-2008) Antenne Ventilateur Chaine LDV Source Contre-source (LMA)

  4. Caractéristiques techniquesde la veine d’essai • Aéraulique • Diamètre de la veine : 170 mm • Débit max : 2 m3/s • Mach max : 0.3 • Acoustique • Source 135 dB, 500-2500 Hz • 6 modes propagatifs

  5. Caractéristiques Aérauliques • Taux de turbulence au centre  4% • Profils similaires pour différents Mach • M0.05-0.3, Re 105 -106 • Longueur d’entrée • Théorique 16 D-26 D • La zone de mesure est à 22D sans compter le silencieux et le convergent

  6. Caractéristiques Aérauliques • Profil log dans la couche limite (n=1/12) • Néanmoins, bonne répétabilité spatiale et temporelle dans la zone de mesure

  7. Mesures LDV • Projet COS : 4 techniques avaient été testées sur la première version de la veine: • Méthode synchrone (vert) • Méthodes spectrales (type mesure de turbulence) par détection de pic • « Slotting » (rouge) • « Sample and Hold » (bleu) • Méthode hybride • Pério-corrélation (« Slotting » synchrone) Lisbonne 2004 (violet) F=500 Hz V=10m/s F=500 Hz V=20m/s F=700 Hz V=10m/s

  8. Mesures LDV • Bilan • Dépendance vis-à-vis du Mach (vitesse d’écoulement) • Dépendance vis-à-vis de la fréquence acoustique (déplacement particulaire trop petit) • Choix pour CoMBE • Essai avec • Méthode synchrone (précise, estimation du module et de la phase) • Synchronisation avec la pression • Spectrale avec interpolation linéaire (plus robuste) • Perte de synchronisation • Essai à fort niveau pour • Repousser les effets de seuils • Pour atteindre des Mach le plus élevé • Pour étendre le domaine fréquentiel

  9. Mesures LDV • Modèle additif • Adaptation à l’échantillonnage aléatoire • Compensation des temps entre échantillons (Biais) • Importance du bon choix de Ns (Biais) • Estimation de la fréquence acoustique sur chaque mesure • Glissement local

  10. Mesures LDV longitudinales f=800Hz, M=0.018 f=1100 Hz, M=0.018

  11. Mesures LDV radiales f=900 Hz, M=0.05, vac=0.1 m/s f=900 Hz, M=0.1, vac=0.2 m/s

  12. Mesures LDV • Modèle additif est rapidement plus adapté pour ce type de méthode • Problème similaire pour le contrôle • Possibilité de partir d’un modèle à phase aléatoire • Problème de bruit multiplicatif • Solutions « temps-fréquence » • Quelques essais infructueux (pour l’instant) avec les filtres LMS

  13. Spectre du signal de vitesse au centre du guideavant (bleu) et après (rouge) contrôle • Essai en parallèle avec le contrôle actif du LMA • La composante de vitesse disparaît dans le spectre de turbulence • Efficacité du contrôle pour la vitesse • Il semble que les fluctuations large-bande de la vitesse soient aussi atténuées • Résultat à confirmer

  14. Perspectives LDV • OPENAIR • Effet de la turbulence sur le contrôle • A terme • Analyse temps-fréquence des signaux LDV • Problème de la gestion de l’échantillonnage aléatoire • Extraction fine de la fluctuation de fréquence (ou phase) • Confronter les méthodes de contrôle et les méthodes d’analyse • Déjà commencé dans le cadre de CoMBE

  15. Antennerie et comparaison avec la VLD

  16. Séparation des modes plan et azimutaux (10) Tronçon avec 2 antennes de 4 microphones Détail du montage mode plan mode 10+ mode 10- mode 20 mode plan mode 10cosq mode 10sinq mode 20cosq ou bien

  17. Séparation des modes : étalonnage • Etalonnage in situ • Sensibilité des microphones sensible aux conditions de montage (contraintes, hygrométrie,…) • En dessous de 1000Hz seul le mode plan se propage et tous les micros d’une couronne mesurent la même pression => la valeur moyenne des rapports des signaux issus de différents microphones donne les sensibilités relatives Sans étalonnage Avec étalonnage

  18. Séparation des modes

  19. Influence du nombre de Mach sur la fréquence de coupure du premier mode azimutal Théorie

  20. Séparation des ondes aller et retour Avec m=0 ou 1 (deux polarisations) Coefficient de réflexion Impédance Vitesse totale Vitesses aller et retour

  21. Influence du nombre de Mach sur l’impédance du mode plan Loi du type :

  22. Comparaison antennerie et LDV Antennerie LDV

  23. Difficultés Séparation des modes insuffisante au-delà de la fréquence de coupure lorsque le mode 10 est excité préférentiellement

  24. Matrice de diffusion d’un élément inséréMode plan seul • Deux mesures nécessaires (source à gauche et source à droite) • Sans écoulement si l’élément est symétrique : • Avec écoulement, n’est qu’un indicateur

  25. Matrice de diffusion d’un élément inséré avec mode 10 propagatif • 36 termes, 6 équations => 6 configurations indépendantes • Exemple Source à gauche Source à droite • Mode plan seul -- Mode plan seul • Mode 10cos -- Mode 10cos • Mode 10sin -- Mode 10sin d=droite g=gauche 0=mode plan 10= premier mode azimutal cos = ligne nodale pour q=0 sin =ligne nodal pour q=p/2

  26. Matrice de diffusion d’un élément inséré avec mode 10 propagatifSimplifications • Elément inséré symétrique et symétrie axiale d’ordre 4. • Source avec axes de symétrie alignés avec ceux de l’élément inséré • 16 termes • Sans écoulement 8 termes => 2 configurations (mode plan dominant et mode 10 dominant) • Si on admet de plus qu’il n’y a pas de couplage dans l’élément inséré entre les modes plan et 10, il n’y a que 4 termes. On peut calculer : • Dans le cas général, ces deux termes ne sont que des indicateurs et

  27. Conclusion - perspectives • Système et traitement synchrone LDV-antennerie mise en place. • Résultats d’estimation des vitesses acoustiques en accord avec les deux techniques • Repenser les traitements et post-traitement • Séparation acoustique/turbulence • Mieux comprendre les effets de la turbulence sur les méthodes LDV pour l’acoustique • Etablir les performances théoriques en tenant compte de la turbulence • Analyse modale • Estimation de la réponse validée en dessous des fréquences de coupures • Effets des écoulement moyens sur la réponse et sur l’impédance • Comprendre des difficultés au-delà des fréquences de coupures

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