Simulation et modélisation des propriétés hydroacoustiques des antennes SONAR ( thèse CIFRE )

POSTE POURVU !!!

Contacts :

Dr. Raphaël Lardat : Raphael.Lardat@fr.thalesgroup.com

Pr. Pierre Sagaut : pierre.sagaut@univ-amu.fr

Contexte :

Les performances des antennes SONAR sont caractérisées par leur rapport signal à bruit et se trouvent donc limitées par le niveau de bruit perçu. Ce bruit se décompose en la somme du bruit système (bruit électrique plancher), du bruit ambiant (bruit de mer du aux vagues ou à la pluie), du bruit structurel (vibration de l’antenne et rayonnement des structures voisines) et du bruit hydrodynamique (bruit créé par l’écoulement turbulent au voisinage de l’antenne). Ce bruit hydroacoustique est relativement bien connu pour des écoulements canoniques tels que : couche limite turbulente de plaque plane ou écoulement axial autour d’un cylindre, mais est encore très mal connu pour des écoulements fortement instationnaires et décollés.

Cette thèse a pour objectif de mieux comprendre et de quantifier le bruit hydrodynamique généré par un écoulement turbulent, instationnaire et décollé autour d’une antenne cylindrique en protubérance sur une coque (voir figure ci-contre, encadré rouge). L’objectif est d’obtenir les corrélations spatio-temporelles du champ de pression turbulente à la paroi de l’antenne SONAR en fonction de la vitesse et des différents rapports de forme : hauteur / diamètre, hauteur / épaisseur de couche limite incidente.

Programme de travail

Dans un premier temps, le cas d’étude sera simplifié à un cylindre posé sur une plaque plane soumis à un écoulement turbulent incident. L’approche utilisera des simulations instationnaires de type LES et/ou des simulations RANS couplées à des modèles phénoménologiques. Les simulations instationnaires auront pour but de produire des bases de données sur les fluctuations de pression pariétales, qui permettront l’analyse physique de celles-ci et des propriétés acoustiques et vibroacoustiques de la configuration. La sensibilité en fonction de différents paramètres (propriétés turbulentes de la couche limite incidente, rapport de hauteur entre la couche limite et le cylindre, …) On travaillera ensuite à la construction un modèle simplifié permettant d’obtenir rapidement le bon ordre de grandeur de la densité spectrale de puissance de la pression sur la paroi de l’antenne ainsi qu’une estimation la distance de corrélation en fonction de la position sur le cylindre, de la vitesse et de la fréquence. Les simulations seront réalisées avec une méthode de type Boltzmann sur réseau, particulièrement performant pour les écoulements à faible nombre de Mach massivement décollés.

Dans un deuxième temps, on simulera l’écoulement turbulent autour d’une forme représentative de sous-marin à l’aide d’une approche RANS afin de mieux caractériser l’écoulement incident sur cette antenne SONAR et ainsi optimiser le choix d’implantation de celle-ci.

Cette thèse est une thèse Cifre cofinancée par Thales Defense Mission Systems, basé à Sophia Antipolis (06) qui développe et commercialise des systèmes SONAR.

L’étudiant sera basé 80% de son temps au laboratoire M2P2 (UMR 7340, AMU, Centrale de Marseille et CNRS) à Marseille et les 20 % restants sur le site industriel.