Axial Compressor Gas Path Design for Desensitization of Aerodynamic Performance and Stability to Tip Clearance

Le jeu d'aube est l'espace entre le bout du rotor en mouvement et le carter stationnaire d'une turbomachine. Dans un compresseur l'écoulement qui traverse ce jeu, dû à la différence de pression entre l'intrados et l'extrados de l'aube, a un impact majeur et généralement négatif sur la performance (rapport de pression et rendement) et la stabilité aérodynamique (marge contre le décrochage) du compresseur. Une augmentation du jeu d`aube, soit temporaire durant les phases d'opération transitoires, soit permanente due à l'usure, entraîne une perte de la performance et stabilité aérodynamique du compresseur et par conséquent une augmentation de la consommation de carburant et une diminution de l'enveloppe d'opération de la turbine à gaz. Bien que beaucoup de recherche a été fait pour améliorer la performance et stabilité aérodynamique des compresseurs à la valeur de design (minimale ou nominale) du jeu d'aube, très peu a été fait sur la réduction de la sensibilité de ces paramètres à l'augmentation de ce jeu. Le développement de technologies permettant de contrer cet effet mènera à des moteurs d'avion dont la performance et l'enveloppe d'opération seront plus robustes aux demandes opérationnelles et à l'usure. Ce projet est la seconde phase d'un programme de recherche pour développer des stratégies de conception pour réduire la sensibilité de la performance et stabilité aérodynamique des compresseurs axiaux au jeu d'aube. La première phase avait porté sur des stratégies de conception d'aubes et avait mené à la découverte et l'explication de deux caractéristiques de l'écoulement permettant de réduire cette sensibilité, soit une augmentation de la quantité de mouvement méridionale entrant au bout du rotor et la réduction ou l'élimination du double écoulement de jeu. Le double écoulement de jeu est l'écoulement qui sort d'un jeu d'aube et entre dans le jeu de l'aube adjacente au lieu de convecter en aval hors du passage d'aube. Cet écoulement a un effet très négatif sur la performance et la stabilité aérodynamique du compresseur. Deux stratégies de conception impliquant le fléchissement et l'angle de décalage des aubes avaient été proposées et démontrées par simulations numériques pour exploiter ces deux caractéristiques de l'écoulement afin de réduire la sensibilité. En tant que deuxième phase du programme de recherche, les objectifs de ce projet sont de développer des stratégies de conception de la veine gazeuse pour les compresseurs axiaux pour arriver à ce même objectif, pour évaluer la possibilité de les combiner avec les stratégies de conception d'aubes de compresseurs axiaux pour une meilleure désensibilisation et la possibilité