Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique - UMR 5509

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Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique
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Soutenance de thèse ECL

Victor Moënne-Loccoz

Jeudi 14 mars 2019 à 14h00, ECL amphi 203, Bâtiment W1

Victor Moënne-Loccoz

Analyse expérimentale des instabilités aérodynamiques dans un compresseur centrifuge de nouvelle génération.

L’étude effectuée au cours de cette thèse a permis la caractérisation expérimentale des instabilités aérodynamiques se développant dans un compresseur centrifuge et une première évaluation de l’efficacité d’une stratégie de contrôle par aspiration de couche limite. Le compresseur, développé par Safran Helicopter Engines et dénommé Turbocel, est composé d’une roue directrice d’entrée, d’un rouet centrifuge splitté, d’un diffuseur radial aubé et splitté et d’un redresseur axial.

Des travaux numériques antérieurs réalisés au Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique ont montré, aux bas régimes de rotation, un comportement singulier caractérisé par une structure d’écoulement dite « alternée » impliquant deux canaux adjacents du diffuseur radial.

L’étude stationnaire réalisée sur l’ensemble des régimes de rotation du compresseur a conduit à une ségrégation des vitesses de rotation suite à l’établissement d’une variable– le taux d’asymétrie - caractérisant l’asymétrie de l’aérodynamique du diffuseur. Ce taux, quasi nul à très basse vitesse de rotation, croît jusqu’à atteindre un maximum à vitesse de rotation intermédiaire, puis s’effondre pour ré-augmenter légèrement.

Une analyse fine des données instationnaires acquises à bas régimes a permis la description de deux modes de fonctionnement du compresseur associés à des structures de décollements différentes dans le diffuseur. Le premier mode est caractérisé par l’oscillation à une fréquence de l’ordre de 42 Hz d’un décollement localisé sur la face en dépression des aubes principales du diffuseur. Le second mode, à 12Hz, associé au pompage modéré du compresseur, correspond à la mise en place d’un schéma alterné et à son oscillation sur deux canaux adjacents du diffuseur.

Les origines probables de ces différents modes de fonctionnement sont discutées à partir de considérations
• aérodynamiques — la mise en place d’une recirculation en tête de rouet est suspectée d’influer sur le taux d’asymétrie en modifiant l’incidence en entrée de diffuseur,
• géométriques — le nombre et le calage des aubes du diffuseur radial ainsi que la distance inter-roue indiquent une prédisposition du diffuseur à fonctionner en régime alterné sous certaines conditions d’incidence,
• aéro-acoustiques — un accrochage des fréquences aérodynamiques avec les fréquences des ondes acoustiques du banc d’essai semble se produire.

Enfin, les résultats sur le contrôle d’écoulement par aspiration de couche limite à régime partiel sont présentés. Une amélioration du rendement est observée à certains points de fonctionnement, mais aucune extension de la plage de fonctionnement du compresseur n’est mesurée. Sans l’atténuer, l’aspiration permet de contrôler sur quels canaux s’établit le régime alterné.

Jury :

Nicolas BINDER, Professeur, ISAE-SUPAERO, Toulouse (Rapporteur)
Antoine DAZIN, Professeur des Universités, Arts et Métiers ParisTech / LMFL, Lille (Rapporteur)
Fabien ARTUS, Ingénieur, Safran Helicopter Engines, Bordes (Examinateur)
Michel LANCE, Professeur des Universités, Université Claude-Bernard Lyon 1 / LMFA (Examinateur)
Gérard PINEAU, Professeur des Universités, Université de Poitiers / Institut P’ (Examinateur)
Isabelle TRÉBINJAC, Professeure des Universités, École Centrale de Lyon / LMFA (Directrice)

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