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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T2 - Aéroelasticité et Aéroacoustique

La thématique multi-physique est adressée au sein de l’équipe à travers trois couplages : l’aéroacoustique, un champ de recherche actif depuis une vingtaine d’années ; l’aéroélasticité, un domaine encore plus ancien et qui a connu au cours du quinquennal 2014-2019 un très fort développement ; l’aérothermodynamique, qui est une activité émergente sur cette même période. Motivée par la préparation de nouvelles architectures machines dans le domaine de la propulsion et de l’énergie, cette thématique contribue à la maîtrise des risques par extension de l’opérabilité et à la réduction des nuisances sonores et vibratoires, tout en préservant l’efficacité énergétique, voire en l’améliorant.

Étant un des piliers du projet ECL5, l’aéroélasticité en écoulement compressible est détaillée ci-après à travers certains travaux. La recherche dans ce domaine est en forte croissance au sein de l’équipe suite à une évolution du contexte industriel et local. D’une part, les sollicitations directes de Safran se sont multipliées, via des thèses CIFRE pour l’étude de nouvelles architectures (« shortlets » pour SAE) et l’analyse phénoménologique de comportements échappant aux critères métier (Vibrations Non-Synchrones pour SHE), mais aussi via des études contractuelles. Ces dernières sont motivées par la recherche d’une expertise sur les phénomènes physiques, ainsi que par le besoin de reconstruire sur des bases scientifiques des critères métier adaptés aux nouvelles conceptions. D’autre part, l’arrivée de nouvelles personnes a accru les compétences de l’équipe dans ce domaine. Les avancées réalisées dans l’étude du flottement suivent deux voies.
- D’une part, des analyses physiques ont été menées pour répondre aux questions « En quoi la topologie de l’écoulement stationnaire influence la stabilité ? » et « En quoi la position et la vibration d’une partie de la peau de l’aube influencent la stabilité ? ». Pour y répondre, une décomposition géométrique originale du mouvement de l’aube a été proposée, en parallèle de l’approche classique flexion/torsion. Elle repose sur le comportement (incidence, choc, décollement) et la nature (subsonique, supersonique) de l’écoulement stationnaire. De ces travaux a émergé le concept d’émetteurs/récepteur. Un émetteur est le mouvement d’une partie de la peau de l’aube qui produit des ondes de pression ; un récepteur est une structure de l’écoulement exposée à ces ondes, qui y répond avec un déphasage, pouvant les amplifier et favoriser l’instabilité.
- D’autre part, des études ont été menées sur la sensibilité de la modélisation numérique adressant les questions « En quoi la mise en données influence la réponse stable/instable ? » et « Quel est le niveau de détails à prendre en compte pour identifier une source d’instabilité ou être prédictif stable/instable ? ». Les axes explorés ont été la modélisation de la turbulence, la simplification 3D/2D, la prise en compte de l’environnement, ou encore la compatibilité entre logiciels. Ces avancées ont été valorisées à travers les travaux préparatoires de la configuration ouverte ECL5 réalisés avec les mêmes outils numériques pour identifier les phénomènes majeurs à reproduire expérimentalement.
Figure – Schéma de propagation d’ondes de pression en compresseur transsonique. Gauche : vue méridienne des 2 faces de l’aubage pour 2 points de fonctionnement OPA et OPB (B plus chargé que A). Droite : vue aube à aube du champ de phase pour une excitation au bord de fuite.

La capacité de l’équipe à couvrir un spectre allant du modèle analytique à la configuration industrielle est à noter. Tout d’abord, la formulation de modèles analytiques alimente la compréhension sur des configurations simplifiées, le développement d’outils de pré-dimensionnement et la validation/calibration des simulations numériques. Ensuite, la simulation de configurations intermédiaires/académiques, par exemple par une approche linéarisée en temps, permet de construire des modèles descriptifs, comme l’illustre la figure ci dessus qui synthétise, sur la partie gauche, le schéma de propagation d’ondes à l’intrados/extrados d’une pale de compresseur transsonique en fonction du point de fonctionnement, et qui montre sur la partie droite les fronts d’onde à l’aval d’un choc fort excité par un mouvement localisé à l’intrados du bord de fuite. Enfin, la simulation de configurations industrielles répond aux attentes sociétales par confrontation à des problématiques actuelles, en conception et en simulation. Le traitement de telles configurations complètes et complexes est aussi un atout pour compléter les données expérimentales produites par ailleurs dans l’équipe.

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