Mieux comprendre les sources de bruit associées au fenestron

Concept français, le rotor de queue caréné de type fenestron qui équipe certains hélicoptères permet un gain de performance mais se révèle bruyant dans certaines configurations de vol. Financé par la Direction des Programmes Aéronautiques Civils (DPAC), le programme " Etude de bruit de fenestron ", qui s'appuie sur des contrats de recherche antérieurs, met en place, sur trois ans, des outils numériques aérodynamiques/acoustiques de prévision et d'analyse du bruit émis par ce type de rotor. Ce programme comportera deux campagnes d'essai en vol dont la première, en 2005, d'une durée de deux mois, étudiera les sources de nuisance sonore associées au fenestron de l'hélicoptère Dauphin 365N. Le Centre d'Essais en Vol (CEV) d'Istres et Eurocopter participeront à ce programme dont la maîtrise d'ouvre a été confiée à l'Onera, en l'occurrence à Jean Prieur du Département Simulation Numérique des écoulements et Aéroacoustique (DSNA).

Lignes de courant dans la veine fenestron
(calculs Onera Navier-Stokes elsA )

Depuis sa dernière campagne d'essais consacrée à l'étude de l'interaction du souffle rotor principal au niveau des infrastructures sol, le Dauphin 6075 du CEV d'Istres se prépare à un chantier important. Des personnels du CEV, d'Eurocopter et de l'Onera sont chargés d'équiper l'arrière de cet hélicoptère dans le cadre d'un programme baptisé " Etude de bruit de fenestron ". Ce chantier doit s'achever courant 2005. " L'objectif d'une première campagne est d'identifier les conditions de vol où le fenestron est particulièrement bruyant grâce à des mesures aérodynamiques et acoustiques embarquées. La base de données expérimentales ainsi constituée servira à comprendre les mécanismes physiques à l'origine du bruit de fenestron et à valider les codes de calcul aéro-acoustiques de DSNA et de DAAP (Département Aérodynamique Appliquée) ", explique Armin Taghizad, ingénieur de recherche de l'Unité Pilotage, Simulation et Expérimentation en Vol du Département Commandes des Systèmes et Dynamique du vol (DCSD). Une deuxième campagne d'essais sera réalisée pour effectuer des mesures acoustiques au sol. A terme, les outils de prévision numériques développés par l'Onera permettront à l'industriel de déterminer les modifications à apporter à ce type de fenestron pour le rendre moins bruyant.

Des pales instrumentées tournant à près de 5000 tours/minute

Les pales du fenestron du Dauphin 6075 mais aussi sa veine, les flancs du fuselage et l'empennage de l'hélicoptère seront équipés d'une instrumentation importante et sophistiquée. L'instrumentation comportera 160 prises de pression (en paroi et sur des peignes de sillage), 4 micros fixés sur l'empennage, des capteurs de température, ainsi que des capteurs de pression instationnaire et des jauges de contrainte qui seront installés sur les pales. L'une des difficultés de ces essais est que les mesures seront réalisées sur le rotor tournant à près de 5000 tours/minute. Le défi à relever est d'autant plus grand que cette instrumentation ainsi que les batteries embarquées seront soumises à des efforts centrifuges importants. Tout devra être parfaitement dimensionné et calculé, en respectant la géométrie du moyeu du fenestron même si quelques sondes intrusives sont acceptées dans la veine pour les mesures aérodynamiques, précise-t-on au sein de l'équipe de Salon-de-Provence.

Mais les difficultés ne s'arrêteront pas là. En effet, une fois les mesures effectuées, il va falloir les acheminer, depuis le rotor tournant, à l'aide d'une télémesure à cadence rapide jusqu'à un enregistreur de grande capacité situé dans la cabine de l'hélicoptère ". Pour sa part, l'Onera s'est lancé dans le développement d'une instrumentation spécifique. " Un véritable concentré de technologies, certaines provenant de " solutions maison ", d'autres trouvées sur étagère, fabriquées de manière industrielle et qui correspondent parfaitement aux besoins des essais en vol, selon Frank Descatoire qui précise que l'architecture de la chaîne de mesure est très innovante.

Apporter des réponses aux industriels

Une fois cette campagne d'essais achevée, les ingénieurs de l'Onera disposeront d'une base de données aérodynamiques et acoustiques relativement complète concernant le fonctionnement du fenestron du Dauphin. Par ailleurs, les mesures qui auront été réalisées pourront être utilisées également par les ingénieurs du département DCSD pour étudier le fonctionnement de ce fenestron sur le plan de la dynamique des charges et améliorer les modèles de mécanique du vol. L'objectif est de pouvoir prévoir avec la meilleure précision les comportements dynamiques de l'appareil, en particulier son mode propre de roulis hollandais, phénomène bien connu mais difficilement prédictible avec les codes de mécanique actuels.

Dauphin 6075