Comparison of surface and volume integral methods for transonic propeller acoustic predictions
Comparaison des méthodes intégrales surfacique et volumique pour des prévisions acoustiques d'hélices transsoniques
Résumé
A precise comparison of the surface and volume approaches of the Ffowcs Williams acoustic integral formulation is conducted for a propeller in transonic operating conditions. For both approaches, the calculations are carried out directly starting from CFD input data provided in the propeller rotating frame, i.e. with supersonically moving emission points. The principle and the calculation algorithm on which this particular integration technique is based on are reminded. Then calculations carried out for four CFD meshes of different densities show that the volume method is slightly less sensitive to the numerical dissipation of the aerodynamic computations than the surface method. These calculations also show that, to be of more interest, the volume method requires a specific way of meshing the flow. In addition, two techniques for determining the regions of the dominant acoustic sources are explored. With the first one, a rather conventional technique based on the local quadrupole term, the results show that specific terms, chosen according to the concerned phenomenon, may be better indicators of the real noise sources than the original shear and entropy terms. The second one, less known and consisting in calculating the elementary acoustic time signature radiated by each cell of the grid, seems more effective but may turn out to be costly in terms of data storage with the volume method.
Les approches surfacique et volumique de la formulation acoustique de Ffowcs Williams-Hawkings sont comparées de manière précise pour une hélice dans des conditions de fonctionnement transsonique. Pour les deux approches, les calculs sont effectués directement à partir de données CFD fournies dans le repère tournant de l'hélice, c'est-à-dire avec des points d'émission se déplaçant à une vitesse supersonique. Aucune approximation n’est faite dans les calculs volumiques, qui pourrait fausser la comparaison entre les deux méthodes. Le principe et l'algorithme de calcul sur lesquels cette technique d'intégration particulière est fondée sont rappelés. Des calculs sont ensuite effectués pour quatre maillages CFD de plus en plus raffinés. Ils confirment d’abord que les deux méthodes acoustiques intégrales donnent des résultats identiques lorsque la dissipation numérique est négligeable dans le calcul aérodynamique. Ces calculs montrent également que la méthode volumique est légèrement moins sensible à cette dissipation numérique que la méthode surfacique. Le gain semble toutefois faible comparé au coût de calcul de l’intégrale volumique. En complément, deux techniques pour déterminer les régions des sources acoustiques dominantes sont explorées. Avec la première, une technique assez classique fondée sur le terme quadripolaire local, les résultats montrent que des termes spécifiques, choisis en fonction du phénomène concerné, peuvent être de meilleurs indicateurs des sources de bruit réelles que les termes originels de cisaillement et d'entropie. La seconde, moins connue et consistant à calculer la signature acoustique élémentaire rayonnée par chaque cellule du maillage, semble plus efficace mais peut s'avérer coûteuse en termes de stockage de données avec la méthode volumique.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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