C'est cliché de décrire quelque chose de très bruyant comme "plus fort qu'un moteur à réaction". Mais les moteurs à réaction supersoniques, comme ces combattants pilotés par l'armée américaine, sont tellement plus bruyants que les moteurs à réaction ordinaires que les scientifiques ont un terme spécial pour leur son :"le bruit associé aux chocs à large bande".

Maintenant, une équipe de professeurs et d'étudiants du Département d'ingénierie aérospatiale de l'Université du Kansas concevra et testera des technologies innovantes pour réduire le bruit des jets militaires supersoniques. Le programme stratégique de recherche et de développement environnemental (SERDP) du département de la Défense des États-Unis, le programme de science et technologie de l'environnement du DoD, soutient un an, 200 $, 000 efforts à la KU, avec le potentiel d'étendre ce soutien dans les années à venir.

"Ce projet testera des idées pour réduire le bruit des jets des avions militaires supersoniques, " a déclaré Z.J. Wang, Professeur Spahr d'ingénierie aérospatiale à la KU, qui dirige le nouvel effort. "À l'heure actuelle, le bruit est si fort qu'il affecte la santé du personnel travaillant à proximité de l'avion et des personnes vivant à proximité de la base militaire. C'est un problème difficile, et nous avons suggéré de nouvelles idées qui ont du potentiel."

Les collaborateurs de Wang KU sur le travail sont Saeed Farokhi, Ray Taghavi, Huixuan Wu et Charlie Zheng, tous membres du corps professoral du département d'ingénierie aérospatiale.

Les chercheurs étudieront la possibilité d'installer des aubes à l'intérieur de la tuyère de sortie du moteur à réaction pour créer un « tourbillon de couche de cisaillement » qui favorise le mélange des gaz d'échappement du jet avec l'air environnant, réduisant ainsi le bruit.

L'équipe, étudier la dynamique des fluides computationnelle et l'aéro-acoustique computationnelle via des superordinateurs et mener des recherches sur le bruit des jets et les mesures acoustiques en physique des écoulements au Garrison Flight Research Center du département KU, visera une réduction ambitieuse de trois décibels du bruit des jets, ce qui réduit en effet la puissance acoustique de moitié.

"Le tourbillon est le mouvement de rotation du flux, " a déclaré Wang. " Lorsque les gaz d'échappement des jets supersoniques sortent de la buse de l'avion, c'est normalement tout droit - il y aurait peu ou pas de tourbillon. L'idée ici est de générer un mouvement de rotation stratégique à la sortie pour améliorer le mélange du jet avec l'air stationnaire environnant afin de réduire le bruit du jet supersonique. Il y a eu beaucoup d'études sur l'atténuation du bruit qui montrent que ce type de mélange peut réduire le bruit."

En effet, le mélange du jet sortant avec l'air ambiant pour réduire le bruit n'est pas une idée nouvelle. Les jets commerciaux ont utilisé des dispositifs sur les lèvres des buses de jet pendant des années pour obtenir un effet similaire de réduction du bruit. Mais selon Wang, la technologie utilisée sur les jets subsoniques n'est pas aussi efficace pour les chasseurs supersoniques de l'armée américaine.

« Les avions de ligne commerciaux ont utilisé la buse en chevron - une sorte de forme en dents de scie - pour réduire le bruit, " dit-il. " Pour les avions subsoniques, ce concept s'est avéré très efficace, c'est donc presque universel dans les avions commerciaux de nos jours. Mais ce concept n'est pas aussi efficace pour les jets supersoniques. Ici, nous essayons d'améliorer le mélange avec une production stratégique de flux de rotation. Je pense que personne n'a encore testé cette idée dans ce contexte. Des aubes de génération de tourbillon seront intégrées à l'intérieur de la paroi de la buse pour générer le niveau de flux de rotation souhaité. »

L'un des défis de conception auxquels sont confrontés les chercheurs de la KU est de savoir comment générer suffisamment de tourbillons dans le flux de sortie du jet supersonique pour réduire le bruit tout en minimisant la perte de poussée du jet.

"Les aubes tourbillonnaires bloqueront inévitablement le flux et produiront quelque peu de traînée, il y aura donc une perte de performance en termes de poussée, ", a déclaré Wang. "Notre idée en matière d'injection de tourbillon stratégique est de minimiser cette perte tout en maximisant la réduction du bruit des jets."

L'équipe étudiera la possibilité que des aubes antibruit s'ajustent à une position neutre après le décollage d'un jet supersonique, les moteurs à réaction fonctionnent donc avec une perte de puissance très mineure une fois que l'avion est à l'altitude de croisière.

"Les aubes peuvent être réglées en position purement axiale, avec une pénalité quasi nulle en termes de poussée, " Wang a dit. " Vous obtiendrez essentiellement la pleine poussée. "

Le concept est basé sur les enquêtes précédentes des membres de l'équipe, a dit Wang.

"Les professeurs Saeed Farokhi et Ray Taghavi ont publié plusieurs travaux sur le mélange amélioré de jets tourbillonnants avec une application au carburant et à l'air pour maximiser l'efficacité de la combustion du moteur au moyen du tourbillon, " at-il dit. " Il a été prouvé expérimentalement que c'était efficace. Donc, lorsque l'appel à propositions du DoD est arrivé et que nous étions tous les cinq intéressés, nous avons eu quelques séances de remue-méninges et avons noté que le mécanisme des chevrons n'était qu'un mélange amélioré.

La subvention aidera également à former une nouvelle génération d'ingénieurs aérospatiaux par le biais d'expériences au centre de recherche en vol de la KU et de la modélisation informatique dans deux installations :le KU Center for Research Computing et le National Center for Supercomputing Applications (où une subvention distincte à Wang a obtenu 200, 000 heures de nœud de temps de calcul sur Blue Waters, l'un des plus gros supercalculateurs du monde).

« Nous employons deux doctorants, un étudiant à la maîtrise et un chercheur de premier cycle, " a dit Wang. " Ces étudiants feront des expériences et des calculs, en étroite collaboration avec le corps professoral. Ce projet sur les technologies de pointe et les concepts innovants offrira à nos étudiants une expérience précieuse qui pourrait façonner leur avenir."