mesures optiques et microphoniques synchrone en écoulement rapide
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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. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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Mesures optiques et microphoniques synchrone en
écoulement rapide
A. Akani, H. Bailliet, J.-P. Dalmont, J.-C. ValièreLEA, Université de Poitiers, ENSMA, CNRS
LAUM, Université du Maine, CNRS
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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
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Veine d’essai COS (2001-2003) CoMBE (2006-2008)
Ventilateur
Source
Contre-source(LMA)
Antenne
Chaine LDV
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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
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Caractéristiques Aérauliques
• Taux de turbulence au centre 4%• Profils similaires pour différents Mach
• M0.05-0.3, 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
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Caractéristiques Aérauliques
• Profil log dans la couche limite (n=1/12)• Néanmoins, bonne répétabilité spatiale et temporelle
dans la zone de mesure
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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 HzV=10m/s
F=700 HzV=10m/s
F=500 HzV=20m/s
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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
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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
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Mesures LDV longitudinales
f=800Hz, M=0.018 f=1100 Hz, M=0.018
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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
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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
turbturbacacac uttfUUtu 2cos)(
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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
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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
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Antennerie et
comparaison avec la VLD
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Séparation des modes plan et azimutaux (10)
4)2(cos
4)(
4)(
4
432120
432110
432110
432100
ppppP
jppjppeP
jppjppeP
ppppP
j
j
ou bien
4)2(cos
4)(sin
4)(cos
4
432120
4210
3110
432100
ppppP
ppP
ppP
ppppP
mode plan
mode 10+
mode 10-
mode 20
mode plan
mode 10cos
mode 10sin
mode 20cos
Tronçon avec 2 antennes de 4 microphones
Détail du montage
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• 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
Séparation des modes : étalonnage
Sans étalonnage Avec étalonnage
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Séparation des modes
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Influence du nombre de Mach sur la fréquence de coupure du premier mode azimutal
Théorie
21010 1)0()( MfMf cc
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Séparation des ondes aller et retour
Lkkj
Ljkmm
mmm
m
e
ePLPP
0,0,
0,
1
)0()()0( 0,0,
0,
0,
0,0,
m
mm P
PR
0,
0,0, 1
1
m
mm R
RZ
Coefficient de réflexion
Impédance
Avec m=0 ou 1 (deux polarisations)
00
00 m
mm P
jku
Vitesses aller et retour
Vitesse totale )( 00000
0 mmmmm PkPk
ju
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Influence du nombre de Mach sur l’impédance du mode plan
Loi du type : )1)(0()( 2MfMf resres
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Comparaison antennerie et LDV
Antennerie LDV
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Difficultés
Séparation des modes insuffisante au-delà de la fréquence de coupure lorsque le mode 10 est excité préférentiellement
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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
d
g
g
d
P
P
TR
RT
P
P
2
0,2
0,
0,0,0,0,00 )()(
dg
gdgd
PP
PPPPTT
2
0,2
0,
0,0,0,0,
)()(
dg
gdgd
PP
PPPP
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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
sin10,
sin10,
cos10,
cos10,
0,
0,
sin10sin10
sin10sin10sin10cos10sin10
cos10sin10cos10cos10
cos10cos10cos10
cos10cos1000
00
sin10,
sin10,
cos10,
cos10,
0,
0,
dPgPdPgPdPgP
TR
RTplan
TR
RTplan
planplanTR
RT
gPdPgPdPgPdP
d=droiteg=gauche0=mode plan10= premier mode azimutalcos = ligne nodale pour =0sin =ligne nodal pour =/2
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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
sin10,2
sin10,1
cos10,2
cos10,1
0,2
0,1
1010
101010
1010
101010
101000
00
sin10,1
sin10,2
cos10,1
cos10,2
0,1
0,2
00
00
00
00
P
P
P
P
P
P
TR
RTplan
TR
RTplan
planplanTR
RT
P
P
P
P
P
P
2
0,2
0,
0,0,0,0,00 )()(
dg
gdgd
PP
PPPPTT et
2
10,2
10,
10,10,10,10,1010 )()(
dg
gdgd
PP
PPPPTT
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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