Dynamique de contact aube- revêtement abradable : identification expérimentale de la force et des mécanismes d'interaction

Blade / abradable-coating contact dynamics : experimental identification of interaction force and mechanisms

• Auteur / Autrice : Romain Baptiste Mandard
• Direction : Yannick Desplanques
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 13/01/2015
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Lille
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique de Lille (LML) - Laboratoire de mécanique de Lille / LML
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Lebon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Lebon, Sylvain Philippon, Xavier Boidin, Jean Meriaux, Jean-François Witz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean Denape, Laurent Stainier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aubes (technologie)

Mécanique du contact

Frottement

Compresseurs -- Aérodynamique

Kalman, Filtrage de

Ondelettes

Essais dynamiques

Usure (mécanique)

Mots clés libres

Revêtement abradable

Contact aube-carter

Mécanismes d'usure

Mesure dynamique

Transformée en ondelettes

Estimation de force

Filtre de Kalman

Abradable coating

Blade-casing contact

Wear mechanisms

Dynamical measurement

Wavelet transform

Force estimation

Kalman filter

Résumé

Le rendement des compresseurs aéronautiques est amélioré en minimisant le jeu entre les aubes en rotation et le carter qui les entoure, réduisant ainsi les fuites aérodynamiques. Ce jeu réduit occasionne des contacts entre les aubes et le carter ; afin d’assurer leur intégrité mécanique, le carter est revêtu d’un matériau abradable sacrificiel, lequel accommode les incursions d’aube. Les interactions aube – revêtement abradable couplent des phénomènes tribologiques et vibratoires à haute vitesse et à haute température, dont l’étude expérimentale est requise pour le développement de modèles numériques prédictifs. L’objectif de cette thèse est d’identifier expérimentalement la force et les mécanismes d’interaction aube-abradable AlSi-Polyester dans une configuration d’essai représentative du fonctionnement des étages de compresseur basse-pression. Des méthodes couplées expérimentales - analytiques, prenant en compte la dynamique d’aube, ont été développées afin d’accéder à la force d’interaction et à l’incursion aube-abradable. L’influence de la température, de la nuance du matériau abradable et de la raideur d’aube a été étudiée. Les mécanismes d’usure et d’endommagement du revêtement abradable ont été investigués et corrélés aux conditions d’interaction. Ces travaux de thèse ont été réalisés dans le cadre d’une collaboration entre le Laboratoire de Mécanique de Lille, SNECMA Villaroche (groupe SAFRAN) et le centre ONERA de Lille.

Minimizing the clearance between turbofan blades and the surrounding casing is a key factor to re-ducing leakage flows and consequently improving efficiency. The tight clearance may lead to blade-casing interactions. An abradable coating is deposited on the casing to accommodate blade incursions and thus to protect the blades and the casing from severe damage. Blade/abradable-coating interactions involve tribological and vibratory phenomena at high velocity and temperature. Experimental knowledge of these interactions is paramount to the proper design of abradable materials and the prediction of their lifetimes through numerical simulations. The purpose of this thesis is to identify experimentally the force and the mechanisms occuring during interaction between a vibrating blade and an AlSi-Polyester abradable coating. To this end, experiments were conducted on a dedicated test rig, in conditions representative of low-pressure compressor situation. Specific methods involving dynamical measurements and analytical models have been developed in order to obtain the blade/abradable-coating interacting force as well as the blade tip incursion. The influence of temperature, coating nature and blade stiffness has been studied. The interaction mechanisms and wear of the abradable coating have been investigated and correlated with the interaction conditions. This work was achieved within the framework of cooperation between Laboratoire de Mécanique de Lille (France), SAFRAN-SNECMA (France) and ONERA, the French Aerospace Lab.