Diffraction du bruit tonal d'une hélice marine par la carène aux très basses fréquences
Ce travail est consacré à la prédiction du bruit tonal d'une hélice marine à basse vitesse et sa diffraction par la coque d'un navire liés aux contraintes d'installation dans les applications industrielles. En effet les hélices marines sont, en règle générale, toujours montées à l'arrière de la coque du navire et elles interagissent ainsi avec la couche limite turbulente développée le long de la coque. Ce phénomène est appelé effet d'installation hydrodynamique. Ensuite, la proximité des hélices avec la coque implique que le son rayonné par les pales soit diffracté par celle-ci. Il s'agit là, du deuxième phénomène, nommé effet d'installation acoustique. Les travaux de cette thèse proposent une étude approfondie de ces deux effets. Pour une telle configuration, l'équation d'onde de l'analogie de Ffowcs William & Hawking est résolue avec la fonction de Green standard en champ libre. Aux faibles nombres de Mach, les fluctuations de portance sur les pales rayonnant comme des dipôles tournants, correspondent aux contributions majeures de l'hélice. Chaque mode peut exactement être reproduit par un ensemble de dipôles fixes déphasés d'amplitude similaire mais rayonnant à des temps d'émission différents, appelés modes-sources. C'est un outil rapide permettant de calculer la diffraction par des obstacles environnants. Ainsi, la fonction de Green exacte du cylindre est utilisée dans cette thèse comme configuration générique des hélices marines installées. La particularité des hélices dans l'eau donne lieu à un régime dit compact. L'ensemble constitué par le cercle de sources (hélice) et la section droite du corps diffractant (coque) est notablement inférieur à la longueur d'onde. Un phénomène d'amplification est attendue à ce régime. La réalisation d'une expérience dans l'air, simple, confirme qu'avec des nombres de Helmholtz typiques des applications marines, l'amplification provient en majorité de l'effet diffractant du cylindre rigide. Ces résultats correspondent à des caractéristiques clés de la fonction de Green asymptotique du cylindre. Le modèle analytique est aussi étendue en prenant en compte la surface libre. L'amplification profite ainsi de l'effet de la surface se comportant comme un miroir, par une directivité marquée. Enfin, pour une approche plus réaliste, une extension est proposée en résolvant numériquement la fonction de Green adaptée à une carène et en prenant en compte les distorsions réelles d'un écoulement. Les résultats montrent que le bruit des hélices ne peut pas être prédit en champ libre et que l'installation sur un navire est un aspect crucial.
