Mesures optiques et microphoniques synchrone en

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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

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Objectifs

• Développer des moyens de diagnostic de
  lefficacité des traitements actifs proposés par
  le LMA, le LMFA, lONERA
• 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 destimation modale par
  réseau de microphones

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Veine dessai COS (2001-2003) CoMBE (2006-2008)
Antenne
Ventilateur
Chaine LDV
Source
Contre-source (LMA)
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Caractéristiques techniquesde la veine dessai

• 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
• M?0.05-0.3, Re ? 105 -106
• Longueur dentrée
• 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 (n1/12)
• 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)

F500 Hz V10m/s
F500 Hz V20m/s
F700 Hz V10m/s
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Mesures LDV

• Bilan
• Dépendance vis-à-vis du Mach (vitesse
  découlement)
• 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 léchantillonnage 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

• f800Hz, M0.018

• f1100 Hz, M0.018

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Mesures LDV radiales

• f900 Hz, M0.05, vac0.1 m/s

• f900 Hz, M0.1, vac0.2 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 dun modèle à phase
  aléatoire
• Problème de bruit multiplicatif
• Solutions  temps-fréquence 
• Quelques essais infructueux (pour linstant) avec
  les filtres LMS

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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 léchantillonnage
  aléatoire
• Extraction fine de la fluctuation de fréquence
  (ou phase)
• Confronter les méthodes de contrôle et les
  méthodes danalyse
• 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)
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
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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 dune couronne mesurent la
  même pression gt la valeur moyenne des rapports
  des signaux issus de différents microphones donne
  les sensibilités relatives

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
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Séparation des ondes aller et retour
Avec m0 ou 1 (deux polarisations)
Coefficient de réflexion
Impédance
Vitesse totale
Vitesses aller et retour
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Influence du nombre de Mach sur limpédance du
mode plan
Loi du type
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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 dun élément inséréMode
plan seul

• Deux mesures nécessaires (source à gauche et
  source à droite)
• Sans écoulement si lélément est symétrique
• Avec écoulement, nest quun indicateur

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Matrice de diffusion dun élément inséré avec
mode 10 propagatif
ddroite ggauche 0mode plan 10 premier mode
azimutal cos ligne nodale pour q0 sin ligne
nodal pour qp/2

• 36 termes, 6 équations gt 6 configurations
  indépendantes
• Exemple
• Source à gauche Source à droite
• Mode plan seul -- Mode plan seul
• Mode 10cos -- Mode 10cos
• Mode 10sin -- Mode 10sin

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Matrice de diffusion dun élément inséré avec
mode 10 propagatifSimplifications

• Elément inséré symétrique et symétrie axiale
  dordre 4.
• Source avec axes de symétrie alignés avec ceux de
  lélément inséré
• 16 termes
• Sans écoulement 8 termes gt 2 configurations
  (mode plan dominant et mode 10 dominant)
• Si on admet de plus quil ny a pas de couplage
  dans lélément inséré entre les modes plan et 10,
  il ny a que 4 termes. On peut calculer
• Dans le cas général, ces deux termes ne sont que
  des indicateurs

et
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Conclusion - perspectives

• Système et traitement synchrone LDV-antennerie
  mise en place.
• Résultats destimation 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 lacoustique
• 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 limpédance
• Comprendre des difficultés au-delà des fréquences
  de coupures