High-Fidelity Flow and Noise Simulations of a Double-Stream Jet Installed in a T-Tail Configuration
Simulations numériques haute fidélité de l'écoulement et du bruit d'un jet double flux installé sous un empennage en T
Résumé
This paper presents an investigation of the aerodynamic field and the acoustic signature of a mixed-stream coaxial jet, representative of a low-bypass ratio engine, installed on a T-tail configuration, typical of business jets. Numerical simulations and associated acoustic analysis have been performed by ONERA in the frame of the European collaborative project DJINN (Decrease Jet-Installation Noise), whose objectives are to design and assess noise reduction technologies for jet/wing interaction noise and demonstrate the applicability to complex industrial geometries. To this end, a high-fidelity Zonal-Detached Eddy Simulation is performed using the elsA software in its unstructured mode. The time-accurate evolution of the flows fields is used to reconstruct radiated noise: unsteady pressure, density and velocity are stored on porous surfaces surrounding the jet and the solid surfaces and are post-processed with the Ffowcs Williams and Hawkings (FWH) integral formulation, allowing for the radiation of the acoustic waves and the characterization of the radiated noise, via the code KIM. Spectral analysis of sensors located on the horizontal tail plane allows for an investigation of the acoustic loading, while far-field noise levels are evaluated and compared to available experimental data, yielding an agreement with a discrepancy around 1 dB on the OASPL.
Cette étude porte sur l’écoulement et la signature acoustique d’un jet coaxial issu d’une tuyère à flux mélangés, représentatif d’un moteur à faible taux de dilution, installé sous un empennage en T et caractéristique d’un avion d’affaire. Les simulations numériques et les analyses associées ont été réalisées par l’ONERA dans le cadre du projet européen DJINN ((Decrease Jet-Installation Noise), dont les objectifs sont de concevoir et d’évaluer des technologies de réduction du bruit d’interaction jet/voilure ainsi que de démontrer leur applicabilité à des géométries industrielles complexes. Pour ce faire, une simulation haute fidélité « Zonal-Detached Eddy Simulation » est réalisée avec le code elsA sur maillage non structuré. Les champs instationnaires sont utilisés pour reconstruire le bruit rayonné aux microphones : la pression, la masse volumique et la vitesse sont stockées au cours du temps sur des surfaces poreuses entourant le jet et les surfaces solides, puis sont post-traitées avec la formulation intégrale de Ffowcs Williams et Hawkings (FWH) disponible dans le code KIM afin de reconstruire les ondes sonores et caractériser le bruit rayonné. L’analyse spectrale des capteurs positionnés sur l’empennage horizontal permet d’étudier le chargement acoustique, tandis que la comparaison du bruit simulé en champ lointain avec les mesures montre un écart de 1 dB seulement sur les niveaux intégrés.