Contribution à l'analyse des paliers fluides et des joints d'étanchéité utilisés dans lesturbopompes spatiales

Contribution to the analysis of fluid bearings and annular seals used in the aerospace turbopumps

• Auteur / Autrice : Mohamed Amine Hassini
• Direction : Mihaï Arghir, Pascal Jolly
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique, productique, transport
• Date : Soutenance le 22/11/2012
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Pôle poitevin de recherche pour l'ingénieur en mécanique, matériaux et énergétique - PPRIMME (Poitiers ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : faculte : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées (1896-....)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Bonneau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mihaï Arghir, Pascal Jolly, David Tonon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Georges Jacquet-Richardet, Patrick Keogh

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dynamique non-linéaire

Paliers fluides

Joints d'étanchéité

Turbomachines

Lubrification

Mots clés libres

Joints annulaires cryogéniques

Paliers hybrides

Fonctions de transfert

Dynamique des rotors

Grands déplacements non-linéaires

Cryogenic annular seals

Hybrid fluid bearings

Transfer functions

Rotor dynamics

Nonlinear large displacements

Résumé

La conception des turbomachines à haute densité énergétique nécessite de plus en plus la maîtrise d'un plus grand nombre de paramètres fonctionnels. La moindre défaillance d'un composant conduit quasi immédiatement la machine à la rupture. C'est en particulier le cas pour le comportement des composants à films minces.L'appellation ''film mince'' correspond à tout espace de très faible épaisseur situé entre le rotor et le stator de la turbomachine. Leur but est soit de limiter les fuites de manière à optimiser les performances intrinsèques de la machine, soit alors à supporter et stabiliser le rotor. Ces derniers cas sont plus appelés communément ''joints lisses ou annulaires'' et ''paliers fluides''.Lorsqu'un fluide circule dans un espace de très faible épaisseur, typiquement quelques centièmes de millimètres sur une distance très longue, son champ de vitesses, donc de pression, dépend fortement des phénomènes visqueux aux parois dont l'une est mise en rotation et l'autre est immobile. Les efforts fluides sur ces parois peuvent être alors importants et doivent être pris en compte dans le dimensionnement de la machine.La connaissance précise de ces écoulements très complexes est indispensable pour déterminer les efforts statiques et dynamiques appliqués au rotor de manière à pouvoir dimensionner un fonctionnement calme.

The design of high performance aerospace turbo pumps requires more control of an increasing number of functional parameters. Any component failure led almost immediately to a machine failure. This is particularly the case for the behavior of thin film lubricated components.The term ''thin film'' means any thin space between the rotor and the stator of the engine. Their goal is either to limit leakage to maximize the machine intrinsic performance, or to support and stabilize the rotor. These cases are more commonly called ''smooth or annular seals'' and ''fluid film bearings''.When a fluid flows in a space of very small thickness, typically a few hundredths of a millimeter, the velocity field, hence the pressure, are highly dependent on the walls viscous forces. Fluid forces on the walls (which one is rotated and the other is stationary) can then be important and should be taken into account in the design of the machine.The precise knowledge of these complex flows is essential to determine the static and dynamic forces applied to the rotor to ensure a quite functioning of the turbo pump.