Simulations numériques d'essais expérimentaux de contact aube/carter

Le resserrement des normes environnementales ainsi que la hausse du prix du carburant poussent les ingénieurs à concevoir des moteurs d'avion plus performants et moins polluants. L'une des solutions privilégiées vise à minimiser le jeu fonctionnel entre les parties rotatives et fixes du moteur. Dans le compresseur basse pression, de meilleures performances aérodynamiques sont atteintes en limitant le débit de fuite en bout d'aube. Le rapprochement des aubes tournantes du carter environnant occasionne des contacts plus fréquents qui peuvent mener à des phénomènes vibratoires préjudiciables nommés interactions rotor/stator. Les interactions rotor/stator au niveau du compresseur basse pression combinent des contacts mécaniques, des comportements vibratoires non-linéaires, des effets thermomécaniques et l'usure d'un revêtement abradable. La complexité du phénomène et les causes de son apparition demeurent un enjeu de taille pour les industriels qui tentent de les maîtriser. L'utilisation conjointe d'outils numériques et d'essais expérimentaux spécifiques est une piste privilégiée pour l'étude de ces phénomènes. La simulation numérique des interactions rotor/stator a le potentiel de prévenir les cas de contact les plus critiques en discriminant une configuration aube/abradable selon sa sensibilité au contact. La calibration de ces outils prédictifs nécessite une fine compréhension de tous les phénomènes en jeu et impose la mise en œuvre d'essais expérimentaux et même l'élaboration d'un banc d'essais capable de produire les conditions retrouvées au sein d'un moteur en opération. En partenariat avec Safran Aero Boosters, l'objectif de ces travaux est de calibrer l'outil numérique Coros, développé au Laboratoire d'Analyse Vibratoire et Acoustique (LAVA) de Polytechnique Montréal, en reproduisant numériquement un scénario de contact aube/abradable critique observé expérimentalement. Le lancement et l'analyse de plusieurs simulations ont permis d'affiner les paramètres entrants de l'outil numérique pour ensuite valider son utilité prédictive. Pour la première fois, un critère d'arrêt de la simulation, basé sur la contrainte d'élasticité maximale que peut supporter l'aube à l'étude, est intégré dans la procédure d'analyse des résultats. Cette nouvelle méthode permet de définir le cadre de validité des résultats numériques prédits par Coros. Les paramètres calibrés grâce à la simulation de l'essai de référence sont ensuite repris afin de mener la plus grande analyse comparative effectuée à ce jour avec cet outil numérique. Au total, quatre essais de contact, complétés sur quatre aubes industrielles différentes, sont reproduits numériquement en utilisant le même jeu de paramètres calibrés. La confrontation des résultats numériques avec les résultats expérimentaux est satisfaisante et permet d'envisager des critères qualitatifs pour hiérarchiser les aubes selon leur capacité à supporter le contact. Celles-ci sont, entre autres, comparées selon la profondeur d'usure prédite et le nombre de vitesses présentant une interaction rotor/stator. Ainsi, une aube répondant fortement selon plusieurs vitesses de rotation serait considérée moins robuste qu'une aube dont les vitesses critiques sont peu nombreuses sur la plage de vitesses analysée.