CENTRALE LYON - Doctorat " « Dynamique non-linéaire des blisks désaccordés en présence d’effets de Coriolis »

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 aux expérimentations et élaboration de modèles numériques de roue aubagée monobloc de compresseur haute pression. La thèse pse concentrera sur l’analyse de la dynamique combinée non-linéaire, désaccordage et effets gyroscopiques. L’objectif est de maitriser la conception de ces nouveaux designs et les opportunités que ceux-ci offrent en terme d’efficacité énergétique.

Description de la ou les missions / les activités

Le spécimen étudié (roue aubagée) présentera du désaccordage, des effets de Coriolis et des interfaces de friction avec un jonc de friction. Ce travail recherche se déclinera selon deux axes :

Fig. 1 – Equipement expérimental Phare-1

Amortissement par split-ring damper - Les blisks ont un amortissement structural très faible. Les fabricants ajoutent alors de la dissipation à l'aide de joncs de friction. Cependant, l'efficacité réelle du système, qui dépend de plusieurs facteurs physiques, démontre qu'il est nécessaire de progresser dans la conception [2]. Dans [1], la réponse harmonique du système dynamique non linéaire est dérivée à l'aide de la méthode dynamique lagrangienne fréquence-temps adaptée aux structures cycliques. Il est démontré que l'efficacité dépend du couplage pales/disque, et des alternances adhérence/glissement. Cependant, l'effet de Coriolis n'est là pas intégré bien que connu pour des blisks.

L'amortissement non linéaire sera estimé sur un spécimen réel mis en œuvre dans Phare-1 (figure 1). L'estimation sous vide sera corrélée aux solutions calculées par la méthode de l'équilibre harmonique (HBM).

Effet de Coriolis versus désaccordage - L'effet de Coriolis doit être pris en compte dans l'analyse de la réponse au désaccordage. En effet, le désaccordage est favorable à la stabilisation du flottement et est concurrent à l'effet de Coriolis. L'influence de ces deux phénomènes a été étudiée numériquement à l'aide d'une méthode de réduction sur une géométrie de type tambour [3] et expérimentalement sur un blisk simplifié. Cette question sera réexaminée dans le cas d'un blisk réel, en utilisant l'installation d'essai Phare-1 qui offre une gamme de vitesses plus étendue. Une corrélation entre les expériences et les prédictions numériques sera possible grâce à des algorithmes avancés partagés dans le cadre du projet DyVA.

Références

[1] 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

[2] S. Rodríguez-Blanco et al., «Experimental investi-gation of the combined effects of a split-ring damper and an intentional mistuning pattern on a blisk forced response », in Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air, American Society of Mechanical Engineers, 2023, p. V11BT27A023.hal-04256995

[3] A. Tacher, « Forced response and stability of mistuned structures subject to the Coriolis effect », PhD Thesis, École Centrale de Lyon, 2022. hal-04082678