Vibroacoustic modelling of aircraft double-walls with structural links using Statistical Energy Analysis (SEA) - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2012

Vibroacoustic modelling of aircraft double-walls with structural links using Statistical Energy Analysis (SEA)

Modélisation vibroacoustique de double-parois aéronautiques avec liens mécaniques par la méthode de l'analyse statistique énergétique

Résumé

The prediction of aircraft interior noise involves the vibroacoustic modelling of the fuselage with noise control treatments. This structure is composed of a stiffened metallic or composite panel, lined with a thermal and acoustic insulation layer (glass wool), and structurally connected via vibration isolators to a commercial lining panel (trim). The goal of this work aims at tailoring the noise control treatments taking design constraints such as weight and space optimization into account. For this purpose, a representative aircraft double-wall is modelled using the Statistical Energy Analysis (SEA) method. Laboratory excitations such as diffuse acoustic field and point force are addressed and trends are derived for applications under in-flight conditions, considering turbulent boundary layer excitation. The effect of the porous layer compression is firstly addressed. In aeronautical applications, compression can result from the installation of equipment and cables. It is studied analytically and experimentally, using a single panel and a fibrous uniformly compressed over 100% of its surface. When compression increases, a degradation of the transmission loss up to 5 dB for a 50% compression of the porous thickness is observed mainly in the mid-frequency range (around 800 Hz). However, for realistic cases, the effect should be reduced since the compression rate is lower and compression occurs locally. Then the transmission through structural connections between panels is addressed using a four-pole approach that links the force-velocity pair at each side of the connection. The modelling integrates experimental dynamic stiffness of isolators, derived using an adapted test rig. The structural transmission is then experimentally validated and included in the double-wall SEA model as an equivalent coupling loss factor (CLF) between panels. The tested structures being flat, only axial transmission is addressed. Finally, the dominant sound transmission paths are identified in the 100 Hz to 10 kHz frequency range for double-walls under diffuse acoustic field and under point-force excitations. Non-resonant transmission is higher at low frequencies (frequencies lower than 1 kHz) while the structure-borne and the airborne paths dominate at mid- and high-frequencies, around 1 kHz and higher, respectively. An experimental validation on double-walls shows that the model is able to predict changes in the overall transmission caused by different structural couplings (rigid coupling, coupling via isolators and structurally uncoupled). Noise reduction means adapted to each transmission path, such as absorption, dissipation and structural decoupling, may be then derived.
La prédiction du bruit intérieur des avions nécessite la modélisation vibroacoustique de l'ensemble fuselage et traitements acoustiques. Cet ensemble est composé d'un panneau raidi métallique ou composite, sur lequel est posé un traitement thermo-acoustique (laine de verre) et connecté par des liens anti-vibratiles à un panneau d'habillage de type sandwich nid d'abeille. L'objectif de ce travail consiste à optimiser les traitements acoustiques en prenant en compte les contraintes de design telles que la masse et les dimensions. A ce propos, une double-paroi représentative d'avion est modélisée par la méthode de l'analyse statistique énergétique (SEA). Des excitations académiques telles que le champ diffus et la force ponctuelle sont utilisées et des tendances sont données pour des applications sous excitation aérodynamique, du type couche limite turbulente. Une première partie porte sur l'effet de compression d'une couche poreuse. Pour des applications aéronautiques, la compression de ce type de matériaux peut se produire lors de l'installation d'équipements et câbles. Elle est étudiée, de manière analytique et expérimentale, pour une simple-paroi recouverte par une couche de matériau fibreux. Le matériau est comprimé sur toute sa surface. Une réduction de la perte par transmission (TL) jusqu'à 5 dB est observée principalement en moyennes fréquences (autour de 800 Hz) lorsque l'épaisseur du poreux est comprimé de 50%. Cependant pour des cas plus réalistes, cet effet est supposé moins important pour une compression locale et plus faible. Dans une seconde partie, la transmission par les connections structurales entre panneaux est étudiée par une approche quadripolaire qui relie la paire force-vitesse de chaque côté du lien mécanique. La modélisation intègre la raideur dynamique mesurée par un banc d'essai dédié. La transmission structurale est par la suite validée avec des essais et intégrée au modèle de double-paroi comme un facteur de couplage entre panneaux. Comme les structures sont non-courbées, seule la transmission axiale est considérée. Enfin, les voies de transmission dominantes sont identifiées dans la gamme de fréquences entre 100 Hz et 10 kHz pour des double-parois sous champ diffus et sous excitation structurale ponctuelle. La transmission non-résonante est plus importante en basses fréquences (jusqu'à 1 kHz) alors que les parties structurale et aérienne dominent respectivement en moyennes et hautes fréquences. Une validation avec des résultats expérimentaux montre que le modèle est capable de prédire les changements au niveau de la transmission, causés par les différents couplages structuraux (couplage rigide, couplage via liens anti-vibratiles et découplage structural). Des différentes solutions en termes de traitement acoustique, comme par exemple l'absorption, l'amortissement et le découplage structural, peuvent par la suite être dérivées.
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Dates et versions

tel-00736619 , version 1 (28-09-2012)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00736619 , version 1

Citer

Bruno Campolina. Vibroacoustic modelling of aircraft double-walls with structural links using Statistical Energy Analysis (SEA). Acoustics [physics.class-ph]. Université de Sherbrooke; Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2012. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00736619⟩
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