Modélisation thermomécanique transitoire d'un contact rotor-stator au niveau des joints labyrinthes
Auteur / Autrice : | Coline Jacobs |
Direction : | Fabrice Thouverez, Mathias Legrand |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Génie mécanique |
Date : | Soutenance le 01/07/2024 |
Etablissement(s) : | Ecully, Ecole centrale de Lyon |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-) |
Jury : | Président / Présidente : Thouraya N. Baranger |
Examinateurs / Examinatrices : Fabrice Thouverez, Mathias Legrand, Patricio Almeida | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Patrice Cartraud, Jean-François Brunel |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Résumé
Les générateurs de gaz sont communément employés pour motoriser des avions ou des hélicoptères et réalisent toujours les étapes de compression-combustion-détente. En régime nominal, les gaz brulés font tourner la turbine qui entraîne le compresseur par le biais de l’arbre moteur. Il arrive que certaines des pièces de l’arbre subissent une défaillance qui ne garantit plus l’assemblage des étages turbine et compresseur. Par conséquence, la turbine entre en configuration libre et amorçe une accélération non-contrôlée qui peut mener à son éclatement. Il s’avère que dans les moteurs d’hélicoptère, la turbine subit un blocage sans effets dangereux. Une analyse de ces moteurs a révélé l’émergence de contacts rotor-stator intenses au niveau du joint labyrinthe de la turbine avec une forte élévation de température. Cette thèse est motivée par le besoin de prédire le transitoire de vitesse de rotation du rotor. Bien que la littérature soit fournie au sujet des la dynamique des rotors en présence de contact unilatéral frottant, la combinaison de la réponse dynamique avec une vitesse de rotation inconnue et le couplage thermomécanique restent un sujet à explorer. Les présents travaux proposent de résoudre le problème thermomécanique dans le domaine temporel en respectant strictement des contraintes de contact via les multiplicateurs de Lagrange. Les algorithmes de contact sont réécrits pour s’adapter au système fortement non-linéaire à cause des effets gyroscopiques. Cette thèse propose des modèles enrichis progressivement afin d’inclure les physiques principales et une discrétisation spatiale par éléments finis. Afin de réduire les temps de calculs, les modèles éléments finis thermomécaniques sont réduits avec les méthodes appropriées. Les méthodes de résolution ont été comparées et ont montré des résultats concordants avec la littérature. De plus, pour un jeu de paramètres judicieusement choisis, la survitesse peut être limitée. Il a même été possible de prédire une réponse en précession inverse, qui est connue pour engendrer des efforts et vibrations très élevés. Des difficultés à identifier le moment de déclenchement cette instabilité ont été rencontrés mais corrigés en introduisant de la flexibilité au système. Enfin, la vitesse de rotation élevée conjointe aux efforts de contact importants provoque une forte génération de chaleur aux points de contact telle que la température de fusion est atteinte en cours de simulation.