A comparison between off and on-body control surfaces for the FW-H equation: Application to a non-compact landing gear wheel
Comparaison des formulations solide et perméable de l'équation de FW-H : application à une roue de train d'atterrissage non compacte
Résumé
This work is a contribution to the ongoing debate about the role of quadrupoles in low Mach number flows, studied through the use of solid and permeable surface Ffowcs-Williams & Hawkings (FW-H) integrals for landing gear numerical noise predictions. It rests upon the key idea that the dominance of surface sources over volume sources can only be guaranteed when the compact-source condition is met. We propose here to express this property as a condition on the smallness of the product between the Mach and Strouhal numbers, or formally as MSt < 1. We consider a canonical isolated wheel, that basically consists in a shallow circular cavity inscribed in a coin-like cylinder, thus presenting few different length scales, as compared to a full landing gear assembly. Zonal Detached Eddy Simulations are performed on several gradually refined grids to assess the grid convergence of the numerical result. In particular, important computational effort is put into the accurate resolution of acoustic waves up to Strouhal numbers such that MSt > 1. Overall, determining the real significance of quadrupoles was challenging as numerical errors or misleading effects such as near-field terms, surface discretization, or source domain truncation biased the initial permeable surface results. Even when these sources of bias are removed, non-negligible differences are found between the solid and permeable noise spectra at non-compact St values, while both formulations are equivalent at lower Strouhal numbers. The analysis of these differences is extended to the determination of their impact on frequency-domain noise maps obtained with the DAMAS algorithm fed with far-field signals computed with both FW-H approaches. A tentative interpretation of the wheel noise sources is finally proposed, highlighting the dominant role of the scattering of aerodynamic sources by the cavity downstream edge at low Strouhal numbers, while wake sources dominate at higher Strouhal numbers.
Ce papier traite de l'usage des formulations dites "solide" et "perméable" de l'équation de Ffowcs-Williams et Hawkings (FW-H) dans le cadre des prédictions de bruit de train d'atterrissage. La théorie de l'analogie de FW-H ainsi que les récentes discussions sur la contribution des quadripôles dans les écoulements à bas Mach sont passés en revue. L'écoulement turbulent compressible est calculé autour et en aval d'une roue isolée de train d'atterrissage de la géométrie LAGOON par une approche Zonal Detached Eddy Simulation à un nombre de Mach de 0.23. Le maillage non structuré est conçu pour résoudre avec précision l'écoulement à des nombres de Strouhal pour lesquels la roue est non-compacte. Le champ aérodynamique résultant est utilisé pour calculer l'intégrale de FW-H respectivement sur les parois physiques de la roue et sur une surface perméable englobant la roue et les quadripoles dans son sillage. Des aspects pratiques de la surface perméable sont examinés. On montre que la taille des éléments de surface est critique sur la partie fermante de la surface, et qu'ouvrir cette dernière sous-estime le bruit rayonné vers des observateurs dans la direction aval. Des termes correctifs prenant en compte la turbulence quittant la surface sont utilisés et ont une influence sur les basses fréquences de plusieurs dB. En terme de niveaux intégrés, les deux formulations fournissent des résultats très similaires, avec une émission de bruit principalement dirigée environ 30° vers l'amont de la normale à la cavité. Le champ lointain ne présente pas de composante tonale très marquée, mais une large émergence autour de 1.5 kHz. En ce qui concerne les spectres en bande fine, la comparaison des résultats obtenus avec la surface "solide" et le calcul acoustique direct montre que les quadripôles ne peuvent pas être négligés lorsque MSt devient supérieur à 1.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)