Modélisation et étude de la dynamique complexe d'un système bi-rotor aubagé couplé
Auteur / Autrice : | Cécile Dumartineix |
Direction : | Fabrice Thouverez, Benjamin Chouvion |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Mécanique |
Date : | Soutenance le 20/12/2019 |
Etablissement(s) : | Lyon |
Ecole(s) doctorale(s) : | Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....) |
Partenaire(s) de recherche : | établissement opérateur d'inscription : École Centrale de Lyon (1857-....) |
Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-) | |
Jury : | Président / Présidente : Louis Jézéquel |
Examinateurs / Examinatrices : Fabrice Thouverez, Benjamin Chouvion, Marion Gruin, Déborah Lavazec | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Alain Batailly, Scott Cogan |
Mots clés
Résumé
L'optimisation des turboréacteurs nécessite une excellente maîtrise des phénomènes vibratoires de la structure complète et notamment des interactions entre les différents organes constitutifs du moteur. Dans le cas d'une ligne d'arbre, le couplage entre dynamique d'ensemble et dynamique d'aubages modifie le comportement des roues aubagées, généralement dimensionnées individuellement. La prise en compte de ce phénomène fait intervenir des modèles de grandes tailles, justifiant la nécessité de développer des outils numériques spécifiques intégrant une stratégie de résolution peu coûteuse. Ces échanges énergétiques sont d'autant plus difficiles à prévoir pour une architecture bi-rotor possédant un palier inter-arbre: lors de la mise en équation simultanée des deux rotors, leur différence de vitesse de rotation génère des coefficients périodiques problématiques, impliquant une résolution temporelle onéreuse. L'objet principal de ce mémoire de thèse consiste à développer une nouvelle méthode de projection de l'équation du mouvement d'un bi-rotor aubagé, dans le but de se ramener à une forme traditionnelle d'équation permettant d'appliquer les méthodes de résolution fréquentielles classiques. La validation par comparaison avec une résolution temporelle de référence donne d'excellents résultats sur des modèles éléments finis simples soumis à des excitations mono- et multi- fréquentielles. Le gain notable en temps de calcul permet d'exploiter la méthode pour étudier, sur de larges plages de vitesse, la réponse forcée d'un système caractéristique de deux roues aubagées couplées. Deux phénomènes d'interaction vibratoire notables sont ainsi mis en évidence, traduisant des échanges énergétiques au travers du palier inter-arbre. Une détection graphique des zones d'instabilité en fonction des deux vitesses de rotation est également établie puis validée à l'aide de formulations bi-anneau. Par la suite, la méthode de projection de l'équation du mouvement est étendue à deux problématiques industrielles actuelles. Dans le cas où une non-linéarité de frottement est présente sur l'une des roues aubagées, une adaptation de la méthode de résolution non-linéaire par équilibrage harmonique est proposée afin de traiter la forme d'équation obtenue après projection. L'influence de la nature du couplage est finalement abordée en remplaçant le palier inter-arbre par un réducteur à engrenages.