Approximate computation of acoustic reflection and shadow effects using the Kirchhoff method
Calcul approché des effets de réflexion et d'ombre acoustiques par la méthode de Kirchhoff
Résumé
The article presents a fairly simple way to take solid bodies into account in acoustic radiation calculations using integral methods, while still using the free-space Green's function. The approach is based on the Kirchhoff method and on a locally plane reflection assumption. It can be applied to both analytical noise sources and acoustic disturbances provided by numerical simulations, to fixed or mobile noise sources, concentrated or widely spread in a moving medium. The time-domain formulation is an important advantage for periodic signals rich in harmonics (rotors or propellers impulsive noise) and for broadband signals (profile or jet noise). The formulation and calculation algorithm are described in detail. The method's accuracy and limitations are shown first by comparing the results with analytical solutions for the acoustic scattering of a point source by a sphere, for a fluid at rest. An application example is then given for a wing in a Mach 0.5 flow, and the results are compared with the numerical solution of the linearized Euler equations, in the presence of a mean flow. In addition, the article proposes expressions for direct calculation of the pressure gradient by Kirchhoff and Ffowcs Williams-Hawkings surface formulations.
L'article présente une manière assez simple de prendre en compte les corps solides dans les calculs de rayonnement acoustique par des méthodes intégrales, tout en conservant la fonction de Green en espace libre. L'approche est fondée sur la méthode de Kirchhoff et sur l'hypothèse de réflexion localement plane. La formulation et l'algorithme de calcul sont décrits en détail. Ils peuvent s'appliquer aussi bien aux sources de bruit analytiques qu'aux perturbations acoustiques fournies par les simulations numériques, qu'aux sources de bruit fixes ou mobiles, concentrées ou largement réparties dans un milieu en mouvement. La formulation dans le domaine temporel est un avantage important pour les signaux périodiques riches en harmoniques (bruit impulsif des rotors ou des hélices) et pour les signaux à large bande (bruit de profil ou de jet). L'application à un cylindre, puis à une voilure, montre comment fonctionne la méthode, et qu'elle peut fournir d'assez bonnes évaluations des effets de réflexion et d'ombre de corps solides dans des champs acoustiques. Les comparaisons avec des solutions analytiques permettent d'évaluer plus précisément la précision et les limites de la méthode. De plus, l'article propose des expressions pour le calcul direct du gradient de pression par les formulations surfaciques de Kirchhoff et de Ffowcs Williams-Hawkings.
Origine | Fichiers éditeurs autorisés sur une archive ouverte |
---|---|
Licence |