Mieux comprendre l'effet d'installation des moteurs

Coordonné par Airbus, le projet européen Rosas (Research On Silent Aircraft conceptS) s’est achevé par la présentation officielle des résultats le 3 mars dernier. Rappelons que son objectif était d’évaluer l’impact de nouvelles positions des moteurs sur le bruit rayonné en champ lointain par les avions. Les travaux théoriques et expérimentaux menés dans ce cadre ont mis en évidence les bénéfices acoustiques et les conséquences aérodynamiques résultant du choix d’emplacements non conventionnels des moteurs. Au sein de l’Onera, c’est le département Simulation numérique des écoulements et aéroacoustique (DSNA) qui a coordonné ce projet auquel ont également participé la direction des Grands moyens techniques (GMT), le département d’Aérodynamique appliquée (DAAP) et le département Traitement de l’information et modélisation (DTIM).

En configuration d’approche, c’est-à-dire quand les volets, les becs et le train d’atterrissage d’un avion sont sortis, le bruit émis dit « bruit aérodynamique » est aussi élevé, voire supérieur à celui des moteurs. " C’est dans les années 70, quand l’arrivée des moteurs double-flux a considérablement réduit le bruit émis, que l’on s’est rendu compte du rôle exact joué par le bruit aérodynamique ", rappelle Alain Julienne, responsable de l’unité " Bruit d’écoulement " (BREC) du DSNA. Ce thème, les équipes de l’Onera y travaillent depuis longtemps. L’activité s’est développée d’abord dans le cadre de programmes militaires, puis dès 1995 à travers des études menées avec l’industrie et le soutien du SPAé. Aussi les équipes du DSNA ont-elles acquis une réputation mondiale dans ce domaine. D’où leur implication, ces dernières années, dans le développement de plusieurs programmes européens, comme Rain, qui portait non seulement sur le train d’atterrissage et la voilure comme sources de bruit aérodynamique, mais aussi sur l’effet d’installation des moteurs, un thème plus récent.

Plusieurs configurations testées dans la soufflerie Cepra 19

" Il est relativement difficile de réduire le bruit des avions à l’aide des seules solutions actuellement disponibles ; les différents programmes menés ces dernières années, je pense en particulier à SilenceR qui se poursuit, nous l’ont montré. D’où l’idée d’évaluer l’importance de l’effet d’installation moteur, afin de contribuer à réduire le bruit des avions à l’horizon 2020 ", explique cet ingénieur. Ainsi, suite au programme Rain, où l’Onera a coordonné une étude sur l’effet de l’installation d’un moteur sous voilure, il a été décidé de poursuivre des recherches plus importantes sur ce thème dans le cadre de Rosas, programme européen coordonné par Airbus et comportant deux volets, acoustique et aérodynamique. Si l’Onera a dirigé l’ensemble de la partie acoustique associant Airbus, Snecma, Rolls-Royce, le DLR, le NLR, l’ISTL et le Trinity College, il a participé également avec ses équipes du DAAP à la partie aérodynamique placée sous la responsabilité du DLR. L’installation non conventionnelle des moteurs sur un appareil nécessite en effet de modifier celui-ci en terme d’aérodynamique.

Au cours de ce programme, qui a débuté en 2002 pour s’achever en février 2005, deux campagnes d’essais, chacune d’une durée d’un mois, ont été menées par les équipes de GMT et de DSNA dans la soufflerie anéchoïque Cepra 19, une installation située à Saclay au Centre d’essais des propulseurs et conçue spécialement pour étudier l’aéroacoustique. " Nous avons travaillé dans une veine de deux mètres, puis une autre de trois mètres, avec une maquette complète d’avion (1/11) équipée successivement d’une soufflante et d’un jet double flux. Plusieurs configurations ont été évaluées, les unes conventionnelles pour servir de références, d’autres non conventionnelles avec les moteurs installés vers l’arrière de l’appareil ", déclare Alain Julienne. Parallèlement à ce volet expérimental les équipes du DTIM et du DSNA ont réalisé un travail théorique et numérique très important pour calculer l’influence de la position des moteurs sur les diagrammes de directivité en champ lointain du bruit des avions. L’ensemble de ces activités trouve actuellement son prolongement dans les projets Vital (enVIronemenTALy friendly aero-engine) et Nacre (New Aircraft Concept Research). Rappelons qu’au sein de ce dernier, coordonné par le DCPS, sept départements de l’Onera et GMT participent à ce programme lancé officiellement en avril 2005 pour une durée de quatre ans avec un budget global de 32 millions d’euros.

Masquage du bruit de jet par l'aile

Masquage du bruit de soufflante par l'empennage

Prochaine étape, NACRE

Le projet Rain a permis une première quantification des effets de positionnement des moteurs dans le cas conventionnel où ils sont placés sous les voilures. D’où l’importance de la partie expérimentale du programme Rosas, qui a permis de lancer Nacre et de voir qu’il existait des solutions non conventionnelles pour répondre aux objectifs fixés par l’Acare, le conseil consultatif pour la recherche aéronautique européenne, en terme de réduction du bruit des avions. " Avec l’effet d’installation, nous disposons désormais d’un nouveau degré de liberté qui offre des perspectives intéressantes. Certes, il est envisageable à plus ou moins long terme d’installer les moteurs sur les ailes ou au-dessus du fuselage, à l’arrière des avions. Cela dit, nous percevons d’ores et déjà qu’il existe des solutions envisageables pour gagner quelques dB. Par exemple, faire en sorte que les volets ne soient pas situés en face du jet ", indique Alain Julienne, qui ajoute : " Quant au bruit aérodynamique, nous n’en sommes qu’au stade du constat. Il reste à voir de quelle manière les acousticiens de chez Airbus peuvent influencer sur la géométrie des prochaines générations d’appareils ".

Prochaine étape, Nacre, dont la première campagne acoustique est programmée pour septembre 2006. Rappelons que ce programme s’articule essentiellement autour de trois thèmes forts, le " Pro Green Aircraft ", autrement dit l’avion écologique, le " Payload Driven Aircraft ", concernant l’avion à forte capacité d’emport matérialisé sous la forme d’aile volante ou de concepts de fuselages plus gros, enfin le " Simple Flying Bus ", dont l’objectif est de rendre la construction, l’exploitation et la maintenance d’un avion plus économique. Dans ce cadre, les équipes du DAAP et du DSNA vont s’intéresser en particulier à l’installation des moteurs. Principale idée : placer la motorisation à l’arrière de l’avion et utiliser l’empennage comme écran acoustique. Ces deux départements de l’Onera travailleront aussi sur des concepts de motorisation intégrée dans le fuselage.