CENTRALE LYON - Doctorat : « stabilité dans les conditions d'Interaction Rotor-Stator (IRS)»

Contexte de recherche _____________________________________________
Présentation de l’Ecole / du département / du laboratoire

Créée en 1857, l’École Centrale de Lyon figure parmi le top 10 des écoles d'ingénieurs en France. Elle forme plus de 3 000 élèves de 50 nationalités différentes sur ses campus d'Écully et de Saint-Étienne (ENISE, école interne) : ingénieurs généralistes, ingénieurs de spécialités, masters et doctorants. Avec le Groupe des Écoles Centrale, elle dispose de 3 implantations à l’international. La formation dispensée bénéficie de l’excellence de la recherche des 6 laboratoires labellisés CNRS présents sur ses campus, des 2 laboratoires à l’international, des 6 réseaux de recherche internationaux et des 10 laboratoires communs avec des entreprises. Sa recherche d’excellence et son enseignement de très haut niveau lui permettent de nouer des accords de doubles diplômes avec des universités prestigieuses et des partenariats de pointe avec de nombreuses entreprises. Autour des thématiques de sobriété, d’énergie, d’environnement et de décarbonation, Centrale Lyon entend répondre aux problématiques des acteurs socio-économiques sur les grandes transitions.

Dans ce contexte la chaire industrielle DyVA cofinancée par l’ANR et le groupe SAFRAN, a pour objectif de répondre aux enjeux environnementaux concernant le secteur de l’aéronautique impliquant une réduction drastique de ses émissions de CO2 à moyen et long terme avec un objectif de bas carbone en 2035 et de neutralité à l’échéance de 2050. Ainsi sur des programmes technologiques comme le RISE, lancé par SAFRAN, il sera nécessaire d’être en capacité d’analyser avec précision les nouveaux points de fonctionnement obtenus et leurs impacts sur la dynamique du moteur et la durée de vie. En effet, ce projet adresse un grand nombre de technologies en rupture vis-à-vis des architectures conventionnelles telles qu’un open-fan, un open-OGV et une turbine et un booster rapides.

Le projet DyVA s’inscrit donc pleinement dans ce contexte et ambitionne d’élaborer les outils numériques avancés à même de répondre à l’enjeu de prédiction vibratoire des nouvelles motorisations aéronautiques. Les développements envisagés se concentreront sur la simulation et la modélisation du comportement dynamique non-linéaire et des incertitudes afin d’offrir une connaissance approfondie de la dynamique sous-jacente du système et d’en maîtriser la physique, la simulation et l’ensemble des différents points de fonctionnement possibles. Ces résultats seront mis en corrélation avec des essais expérimentaux fournissant ainsi des mesures souvent peu présentes dans la littérature bien qu’indispensables pour une bonne compréhension de la physique.

Présentation de la ou les thématiques :

Ce travail de recherche est consacré à l'étude expérimentale et à l'élaboration d’outils de simulation numérique pour l'analyse. La thèse porte sur la stabilité dynamique des interactions rotor-stator. Elle fait appel à la simulation transitoire et périodique actuellement développée au laboratoire et doit permettre de comprendre l'émergence d'instabilités en fonction des paramètres de contact et des conditions d'essai.

Description de la ou les missions / les activités

L’efficacité d’un turbocompresseur dépend au premier ordre du jeu carter/pales que le constructeur cherche à réduire. L’optimisation des systèmes conduit par ailleurs à des structures plus flexibles. Le risque d’interaction rotor-stator (IRS) étant ainsi augmenté on cherche alors à prédire les instabilités dynamiques en présence de contacts. La littérature mentionne en particulier les phénomènes de coïncidence fréquentielle auto-entretenue de type «rubbing» ou de couplage modal. Ainsi, le moyen d’essais CASTOR -Contact Aube StaTOR- (Fig. 1) sera adapté afin d'intégrer un étage de compresseur axial et son carter dont les spécificités géométriques permettront de «challenger» la prédictivité des modèles.

En particulier, les effets de Coriolis observés sur ce type de géométrie (Fig. 2) n'ont jamais été pris en compte dans le cadre de l’IRS. Une double approche modélisation/expérience est envisagée ici. Les algorithmes de simulation numérique développés récemment [1] seront améliorés et exploités en parallèle de l'analyse temps-fréquence du signal issue des mesures.

Références

[1] Nicolas Guérin. Analyse thermomécanique du contact aube-stator : approches numérique et expérimentale. Autre. Université de Lyon, 2019. Français. ⟨NNT : 2019LYSEC043⟩. ⟨tel-04955238v2⟩

[2] Patricio Almeida, Claude Gibert, Fabrice Thouverez, Xavier Leblanc, Jean-Philippe Ousty. Numerical Analysis of Bladed Disk–Casing Contact With Friction and Wear. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2016, 138 (12), ⟨10.1115/1.4033065⟩. ⟨hal-04679422⟩

[3] Denis Laxalde, Claude Gibert, Fabrice Thouverez. Experimental and Numerical Investigations of Friction Rings Damping of Blisks. ASME Turbo Expo 2008, Jun 2008, Berlin, Germany. pp.GT2008-50862. ⟨hal-00546195⟩