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

LMFA - UMR 5509
Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique
Lyon
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T1 - Instationnarités et Instabilités Aérodynamiques

Cette thématique a deux objectifs scientifiques, d’une part de mieux déterminer les seuils et les scénarios de déclenchement des instabilités critiques pour réduire les risques, et d’autre part de connaitre et comprendre les phénomènes instationnaires qui dégradent les performances pour améliorer l’efficacité énergétique des turbomachines. Les retombées sont directes avec des montées en TRL pour des applications sur moteurs d’aviation civil, en utilisant des prototypes tels que CREATE (compresseur axial multi-étages représentatif d’un bloc HP de moteur d’avion civil conçu par Safran Aircraft Engines) et Turbocel (compresseur centrifuge de nouvelle génération conçu par Safran Helicopter Engines).

Des travaux numériques et expérimentaux ont permis une analyse fine de l’aérodynamique interne et des instabilités aérodynamiques responsables de l’entrée en pompage dans ces compresseurs. Des phénomènes peu référencés dans la littérature concernant les applications aéronautiques, tels que le décollement alterné dans le diffuseur (cf. fig. ci-dessous) ou encore l’installation d’une recirculation en tête du rouet de Turbocel, ont pu être démontrés à la fois expérimentalement et numériquement, puis expliqués. Des avancées ont été réalisées avec la compréhension et la classification des précurseurs aérodynamiques d’instabilités, notamment avec les différences entre les décollements tournants et les instabilités tournantes.
Schéma du décollement alterné dans le diffuseur du compresseur centrifuge TURBOCELFig. : Schéma du décollement alterné dans le diffuseur du compresseur centrifuge TURBOCEL

Les dernières analyses révèlent par ailleurs que même si l’origine des instabilités aérodynamiques se situe indiscutablement dans le compresseur, le développement du pompage (i.e. l’amplification des perturbations) est conditionné par le système dans lequel est inséré le compresseur. D’un point de vue numérique, des simulations 3D de l’ensemble du système (machine + environnement) sont encore très lourdes, tandis que les approches analytiques linéaires et non linéaires de type Moore-Greitzer ne permettent pas d’accéder à une description macroscopique de l’écoulement puisque le compresseur n’est alors qu’un simple disque d’action. L’alternative développée utilise le couplage d’une modélisation 3D du compresseur avec une modélisation 1D du système. Avec une telle approche, la capacité à étudier les effets de l’environnement système, en particulier les effets dynamiques et acoustiques, a été démontrée et permet notamment d’obtenir le champ aérodynamique dans le compresseur pendant un cycle de pompage (calcul des forces qui s’exercent sur les aubages - lien avec T2).
Dimensionless static pressure fluctuations contours close to hub, far from surge (357 RRP), at surge inception (380 RRP, 384 RRP) and at reversed mass flow (389 RRP). In the medal at the center of the images, axial velocity contours are plotted in a cutting plane just upstream the rotor blades. The color for axial velocity contours ranges from blue (negative values) to red (positive values). Fig. Dimensionless static pressure fluctuations contours close to hub, far from surge (357 RRP), at surge inception (380 RRP, 384 RRP) and at reversed mass flow (389 RRP). In the medal at the center of the images, axial velocity contours are plotted in a cutting plane just upstream the rotor blades. The color for axial velocity contours ranges from blue (negative values) to red (positive values).

Les travaux menés sur les compresseurs haute-vitesse installés au LMFA ont permis d’obtenir des données rares sur les relations entre les performances d’une machine et les détails de l’écoulement en étudiant particulièrement la partie instationnaire déterministe des signaux spatio-temporels. Les interactions rotor/stator en font partie et sont d’une grande complexité pour ces écoulements
fortement compressibles. Cependant pour bien les comprendre et les modéliser, l’équipe s’intéresse aussi aux structures qui sont générées dans chaque roue et qui interagissent entre elles (tourbillon de jeu, décollement de coin, écoulements secondaires,...). C’est alors la partie aléatoire de l’instationarité, liée à la turbulence, qui est étudiée avec des expériences plus académiques autorisant des mesures très détaillées et des simulations haute fidélité (SGE).

Effets du contrôle passif sur la stabilité d’un compresseur centrifuge

Thématique 1 - Instationnarités et Instabilités Aérodynamiques Période 11/02/2019-10/02/2022 Contact(s) TREBINJAC Isabelle Doctorant POUJOL Nicolas Partenaire(s) Fabien Artus (SHE)
Un étage (...)

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Etude et contrôle du décollement de coin dans une grille de compresseur

Thématique 1 - Modèles de turbulence pour les écoulements instationnaires en turbomachines Période 01/10/2013-01/10/2016 Contact(s) OTTAVY Xavier Doctorant ZAMBONINI Gherardo Partenaire(s) LU (...)

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Modélisation du fonctionnement des compresseurs pendant le déclenchement du pompage

Thématique 1 - Instationnarités et Instabilités Aérodynamiques Période 01/02/2016-30/06/2020 Contact(s) NGO BOUM Ghislaine Doctorant ROJDA Ludovic Partenaire(s) Safran Aircraft Engines (DT - (...)

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Etude des Phénomènes Aérodynamiques dans les Soufflante à Fort Taux de Dilution

Thématique 1 - Instationnarités et Instabilités Aérodynamiques Période 05/02/2020-04/02/2020 Contact(s) OTTAVY Xavier Doctorant RODRIGUES Martin Partenaire(s) Safran Aircraft Engines (...)

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Modelisation des effets systeme pour l’analyse de l’evolution de la limite de pompage d’un compresseur

Thématique 1 - Instationnarités et Instabilités Aérodynamiques Période 15/11/2018-15/11/2021 Contact(s) NGO BOUM Ghislaine Doctorant WALLISKY Nicolas Partenaire(s) GUILAIN Stephane
La limite (...)

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