Analyse, intégration et valorisation des technologies d'aspiration d'aubages dans les compresseurs de turboréacteurs

• Main Author: Sachdeva, Ankit
• Language: ENG
• Published: Ecole Centrale de Lyon 2010
• Subjects: [SPI] Engineering Sciences; [SPI] Sciences de l'ingénieur; Compresseurs à haute pression; Décollements tridimensionnels
• Online Access: http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00574648; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/57/46/48/PDF/TH_T2194_asachdeva.pdf

La performance du système de compression des turbomachines est limitée en grande partie par les décollements tridimensionnels; ils sont plus importants au niveau des parois internes où le fluide a tendance à décélérer dans les zones de faible impulsion. Ce travail de recherche met en œuvre l'aspiration de la couche limite afin de maîtriser les décollements dans les compresseurs. Ceci est obtenu par la mise en place de dispositifs d'aspiration sur le moyeu etle profil de l'aube afin de prélever judicieusement le fluide à faible énergie dans les couches limites et ainsi augmenter le taux de compression par étage. Cette thèse est issue de travaux de recherche réalisés conjointement avec l'Ecole Centrale de Lyon (ECL), l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) et l'ONERA. Ces travaux ont été financés par la Commission Européenne dans le cadre du programme NEWAC et l'entreprise SNECMA.Le cas test est une grille annulaire de redresseur conçu pour fonctionner avec des conditions d'entrée transsoniques. Des calculs stationnaires tridimensionnels RANS sont réalisés afin de définir la plage de fonctionnement de la grille en mettant l'accent sur l'étude des topologies d'écoulement aube-a-aube afin de comprendre la formation et la progression du décollement de coin au moyeu avec des incidences d'entrée croissantes. L'aspiration est réalisée sur le moyeu par une fente afin de mieux maîtriser les décollements tridimensionnels et ainsi accroître le taux de compression et la plage de fonctionnement. L'aspiration est sensible au débit massique aspiré; de faibles débits aspirés conduisent à des topologies d'écoulements complexes avec des performances dégradées, tandis que des débits aspirés plus élevés permettent de supprimer le décollement de coin et d'améliorer la performance à l'exception du point de plus forte incidence. L'analyse des topologies montre une recirculation de l'écoulement entre la cavité d'aspiration et la veine. Ce phénomène d'écoulement tridimensionnel très complexe influe sur la performance des aubages. Ainsi l'étude des topologies permet d'orienter le choix dans l'implémentation de systèmes conduisant à une meilleure maîtrise des écoulements.Cette stratégie d'aspiration est étudiée expérimentalement à l'EPFL où l'aspiration a été mise en œuvre au moyeu. Une nouvelle série d'études numériques réalisées avec les conditions d'entrée mesurées sur le banc d'essais associées à des hypothèses de calcul conduisent à une assez bonne concordance entre les mesures d'essais et la simulation numérique. En particulier, le décollement de coin est bien prédit par les calculs numériques.Des études théoriques ont été menées afin d'appliquer l'aspiration sur le profil de la pale et ainsi améliorer la capacité de diffusion des pales. Des études de sensibilité ont été réalisées sur divers paramètres tels que le positionnement des fentes d'aspiration et le débit aspiré qui ont conduit au choix d'une configuration finale retenue pour les essais. Des études réalisées avec de multiples et plus petites fentes d'aspiration sur le profil de la pale montrent le bien fondé de l'application d'un contrôle d'écoulement localisé sur les points critiques associés à des décollements. Ceci montre l'enjeu d'atteindre des niveaux de performance supérieurs avec des débits aspirés plus faibles.