Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique - UMR 5509

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Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique
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Soutenance de thèse ECL

Anne-Lise Fiquet

Mercredi 24 Février 2021, 14h00, visioconférence

Anne-Lise Fiquet

Analyse et modélisation de phénomènes aéroélastiques non-synchrones dans un compresseur axial multi-étages

Composition du jury :

- Marianna Braza, Directrice de recherche, CNRS, IMFT (Examinatrice)
- Fabrizio Fontaneto, Professeur, Von Karman Institut (Rapporteur)
- Nicolas Gourdain, Professeur des Universités, ISAE-Supaero (Rapporteur)
- Jacques Demolis, Ingénieur, Safran Helicopter Engines (Invité)
- Agathe Vercoutter, Ingénieure, Safran Helicopter Engines (Invitée)
- Antoine Placzek, Ingénieur, ONERA (Invité)
- Stéphane Aubert, Professeur des Universités, ECL, LMFA (Directeur de Thèse)
- Christoph Brandstetter, Ingénieur de Recherche, Centrale Innovation (Co-encadrant de Thèse)
- Nicolas Buffaz, Ingénieur, Safran Helicopter Engines (Encadrant industriel)

Lien pour la visioconférence

Résumé
Cette thèse porte sur l’analyse et la modélisation des phénomènes aéroélastiques non-synchrones dans un compresseur axial multi-étages de recherche
représentatif d’un turbomoteur d’hélicoptère. Lors de son fonctionnement à vitesse partielle, les structures de l’écoulement sont complexes. Elles conduisent au développement de nombreux phénomènes instationnaires. Sous l’effet de cette aérodynamique délicate, les pales des rotors peuvent développer une réponse vibratoire sur un des modes propres de la structure. Ces vibrations non-synchrones entraînent ainsi une fatigue prématurée de la structure, ou sa rupture. Les couplages qui se créent entre les phénomènes aérodynamiques et la structure, en dehors des phénomènes de réponse forcée synchrone et de flottement, sont peu connus. L’enjeu de ces travaux est d’améliorer la compréhension et la prédiction de ces vibrations critiques.

Lors d’une campagne d’essais inscrite dans le projet PRC AEROVISTA menée par Safran Helicopter Engines, une plage d’activité vibratoire non-synchrone a été caractérisée à l’aide d’une instrumentation multi-physique. L’analyse approfondie de ces données révèle la présence d’un phénomène aérodynamique non-synchrone qui est cohérent avec un mode propre de structure. La caractérisation de ce phénomène effectuée par une analyse croisée des données mesurées à la fois dans le repère fixe et dans le repère tournant montre qu’il est de nature acoustique. La cohérence entre le mode mécanique et ce mode acoustique n’est pas observée dans tous les essais. Lors du changement de ses caractéristiques, l’interaction disparaît alors que le mode acoustique subsiste.

Des simulations instationnaires de toute la circonférence et de tous les étages sont nécessaires pour reproduire ce phénomène. Elles sont validées en comparant les performances à celles mesurées en essais. Dans la zone d’activité non-synchrone expérimentale, la simulation développe un mode acoustique. Son amplitude est élevée et ses caractéristiques sont cohérentes avec celles observées en essai. La confrontation de ces données numériques avec les données expérimentales montre une bonne reproductibilité du phénomène. L’analyse de l’écoulement issu des simulations identifie les structures de l’écoulement qui permettent l’émergence du mode acoustique. L’étude analytique des conditions de propagation de ce mode se révèle prometteuse dans la prédiction des modes critiques.

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