Tonal Noise Predictions of a Generic Open-Fan Based on a Hybrid URANS Approach - Archive ouverte HAL
Communication Dans Un Congrès Année : 2024

Tonal Noise Predictions of a Generic Open-Fan Based on a Hybrid URANS Approach

Prédiction du bruit tonal émis par un Open-fan générique à l'aide d'une méthode hybride URANS

Résumé

This study deals with the assessment of the tonal noise radiated by a generic Open-Fan engine at both cruise and take-off operating conditions. Its main aim is to establish best practices for conducting noise assessments on such a novel engine architecture. To this end, a two-step approach is employed, consisting in the coupling of URANS simulations, for the computation of the noise sources, with the Ffowcs Williams and Hawkings (FW-H) analogy, to recover the far-field noise. A comprehensive analysis of the main aerodynamic flow features is performed, with a particular focus on the dominant noise sources for both flight conditions. These include quadrupole sources resulting from shock waves in cruise condition, and dipole sources resulting from the impact of the rotor wakes onto the stator vanes at take-off. The far-field noise is first computed using the permeable formulation of the FW-H analogy. A parametric study is conducted to evaluate the sensitivity of the noise predictions to the dimensions of the permeable surface. In cruise condition, a permeable surface with a significant radial extent, up to 1.3 times the rotor tip radius, is required to capture most of the noise sources. A convergence of the noise spectrum is obtained for a surface with a downstream end relatively close to the stator trailing edge. Conversely, at take-off, the surface radial extent has a negligible impact on the noise predictions, whereas the change of the axial extent significantly modifies the radiated noise, especially in the downstream direction. These disparities are attributed to the significant purely aerodynamic fluctuations retrieved at the downstream end of the permeable surface at take-off, which are not fully filtered by the correcting terms implemented in the FW-H code. Subsequently, the solid FW-H formulation predictions are performed. Considering the permeable formulation as the reference, the solid one is unable to provide reliable noise predictions of the full engine both in terms of levels and directivity, even at take-off for which quadrupole sources are usually neglected. The disparities observed for the latter operating point are mainly attributed to the important flow heterogeneities.
Cette étude porte sur l'évaluation du bruit tonal rayonné par un moteur générique type Open-Fan en vol de croisière et au décollage. Son principal objectif est d'établir les meilleures pratiques pour l'évaluation du bruit d'une rayonnée par ce type de nouvelle architecture moteur. À cette fin, une approche en deux étapes est employée, consistant à coupler les simulations URANS, pour le calcul des sources de bruit, avec l'analogie de Ffowcs-Williams et Hawkings (FW-H), pour récupérer le bruit en champ lointain. Une analyse complète des principales caractéristiques de l'écoulement aérodynamique est effectuée, avec un accent particulier sur les sources de bruit dominantes pour les deux conditions de vol. Il s'agit notamment des sources quadripolaires résultant des ondes de choc en condition de croisière, et des sources dipolaires résultant de l'impact des sillages du rotor sur les pales du stator au décollage. Le bruit en champ lointain est d'abord calculé à l'aide de la formulation poreuse de l'analogie de FW-H. Une étude paramétrique est menée pour évaluer la sensibilité des prévisions de bruit aux dimensions de la surface poreuse. En condition de croisière, une surface perméable avec une étendue radiale significative, jusqu'à 1.3 fois le rayon de l'extrémité du rotor, est nécessaire pour capturer la majeur partie des sources de bruit. Une convergence du spectre de bruit est obtenue pour une surface dont l'extrémité aval est relativement proche du bord de fuite du stator. Inversement, au décollage, l'étendue radiale de la surface a un impact négligeable sur les prévisions de bruit, alors que le changement de l'étendue axiale modifie de manière significative le bruit rayonné, en particulier dans la direction aval. Ces disparités sont attribuées aux importantes fluctuations purement aérodynamiques relevées à l'extrémité aval de la surface poreuse au décollage, qui ne sont pas entièrement filtrées par les termes de correction mis en œuvre dans le code FW-H. Des previsions basées sur la formulation solide de l'analogie FW-H sont ensuite rélisées. Considérant la formulation poreuse comme référence, la formulation solide n'est pas en mesure de fournir des prévisions de bruit fiables pour l'ensemble du moteur, tant en termes de niveaux que de directivité, même au décollage, où les sources quadripolaires sont généralement négligées. Les disparités observées pour ce dernier point de fonctionnement sont principalement attribuées aux importantes hétérogénéités de l'écoulement.
Fichier sous embargo
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Année Mois Jours
Avant la publication
samedi 30 novembre 2024
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samedi 30 novembre 2024
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Dates et versions

hal-04639786 , version 1 (11-10-2024)

Identifiants

Citer

Danny Lewis, Fabrice Falissard, Clement Perrin. Tonal Noise Predictions of a Generic Open-Fan Based on a Hybrid URANS Approach. AIAA-CEAS Aeroacoustics Conference 2024, Jun 2024, Rome, Italy. ⟨10.2514/6.2024-3264⟩. ⟨hal-04639786⟩
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