Étude numérique de la robustesse des méthodes TPA et CB-TPA pour l’évaluation du bruit de structure dans les aéronefs induit par les systèmes vibrants

Résumé

Les avions sont équipés de systèmes responsables de vibrations se propageant au sein de la structure jusqu’aux panneaux intérieurs produisant du bruit dans la cabine. Ce bruit est appelé le bruit de structure (engl, Structure Borne Noise SBN), et est une des composantes principales du niveau sonore dans la cabine affectant le confort de tous les usagers. Le SBN résulte de l’assemblage d’une source de vibration sur une structure réceptrice généralement développées indépendamment : la structure réceptrice par l’avionneur et la source de vibration par un fournisseur. L’assemblage des deux composantes engendre un fort niveau de SBN dans la cabine si elles n’ont pas été développées en tenant compte de leur assemblage. Il est donc primordial de mettre en place une méthodologie robuste permettant (i) à l'avionneur d'émettre des spécifications pertinentes vers le fournisseur et lui donner les moyens de les vérifier (ii) caractériser les composantes de manière indépendante, (iii) prédire le SBN généré par l’assemblage à partir des caractéristiques des sous-structures découplées et (iv) modifier les composantes afin de réduire le SBN. Les méthodes d’analyse par chemins de transferts basées sur les composantes (engl, Component Based Transfer Path Analysis, CB-TPA) sont envisagées, car basées sur des propriétés passives des composantes (mobilités) et des propriétés actives intrinsèques de la source. D’autres méthodes, les TPA par inversion des forces (engl, TPA Inverse Force Synthesis, TPA-IFS) permettent de prédire le SBN à partir des propriétés passives de la structure réceptrice seule (mobilités) et des vitesses opérationnelles générées par la source sur l’assemblage. Les TPA-IFS sont régulièrement utilisées et bien qu’inadaptées aux contraintes de conception en aéronautiques (car nécessitant des mesures sur l’assemblage), elles seront comparées à titre indicatif aux méthodes CB-TPA. Les méthodes TPA et CB-TPA sont adaptées au contrôle du SBN mais sont encore peu appliquées dans l’industrie à cause d’erreurs expérimentales affectant significativement la justesse du SBN prédit. Deux types d’erreurs associés à la caractérisation des mobilités des sous-structures sont étudiés: (i) une erreur de type modèle liée au nombre de degrés de liberté considéré (engl. Degrees of Freedom, (DoFs)) et (ii) une erreur de type opérateur liée aux impacts « imparfaits » de marteau. Un modèle numérique a été développé afin d’évaluer l’impact de ces deux types d’erreurs sur la robustesse des méthodes TPA et CB-TPA pour diverses complexités d’assemblages et d’excitations vibratoires. Les résultats montrent que la translation selon l’axe normal au contact permet de parfaitement prédire les vitesses en un point cible de la structure réceptrice dans la direction normale dans le cas d’assemblage et de comportement vibratoire simples (assemblage de poutre et excitation interne normale pure). Dans les cas plus complexes (i.e., source qui génère des moments internes et plaque et source avec un comportement modal fort), les prédictions sont globalement satisfaisantes mais des écarts localisés en fréquence peuvent être observés et aboutir à de grandes erreurs de prédictions de SBN pour des sources tonales (pompes hydrauliques). Pour des prédictions exactes, les méthodes TPA-IFS nécessitent les termes d’amplitude élevé de la mobilité de la structure réceptrice et les CB-TPA ceux des mobilités des deux sous-structures (lorsque le ratio de mobilité est proche de 1). Les erreurs opérateurs s’avèrent être moins critiques que les erreurs de type modèle. Les mobilités de faibles amplitudes n’améliorent pas les prédictions et augmentent l’effet des erreurs opérateurs. L’identification de ces dernières pour les retirer des calculs est nécessaire pour l’obtention de prédictions robustes.

Date	19 août 2020
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Olivier Doutres (Directeur(-trice)) & Thomas Dupont (Codirecteur(-trice))