Delay of Rotating Stall in Compressors Using Plasma Actuation

Le décrochage tournant est une instabilité aérodynamique des compresseurs qui est bien connue et qui limite l‘enveloppe d‘opération des turbines à gaz de moteurs d‘avion. Une méthode innovatrice avait été proposée pour supprimer le type d‘initiation le plus commun au décrochage tournant en utilisant un actionneur plasma DBD annulaire. Un actionneur plasma DBD est un dispositif simple sans pièces mobiles qui convertit l‘électricité directement en accélération de l‘écoulement via l‘ionisation partielle de l‘air. Cependant, le concept proposé n‘avait été évalué que de façon préliminaire via de simples simulations numériques d‘un rotor axial isolé avec un code CFD rudimentaire. Ce projet fait une évaluation expérimentale ainsi que numérique de ce concept pour un étage de compresseur axial et un étage de compresseur centrifuge, tous deux faisant partie d‘un banc d‘essai de compresseur bi-étagé axial-centrifuge à basse vitesse. Les deux configurations étudiées sont la configuration bi-étagé avec un actionneur plasma annulaire de 100 mN/m placé sur le carter juste en amont du bord d‘attaque du rotor axial, et une configuration avec un seul étage de compresseur centrifuge dans lequel le même actionneur est placé juste en amont du bord d‘attaque de l‘impulseur. Les configurations testées furent simulées avec un code RANS CFD commercial sophistiqué (ANSYS CFX) dans lequel furent intégrés le plus récent modèle d‘ingénierie de l‘actionneur DBD ainsi qu‘une condition de sortie dynamique, sur des domaines de calcul multi-étagé à un passage d‘aube. Les mesures expérimentales montrent que l‘actionneur plasma DBD annulaire sur le carter réduit le débit massique du dernier point d‘opération stable (point de décrochage tournant) de 19.28% pour l‘étage de compresseur axial et de 28.39% pour l‘étage de compresseur centrifuge pour lequel l‘impulseur était la source du décrochage tournant. Les simulations numériques indiquent que pour les deux types de compresseurs l‘actionneur retarde le décrochage tournant en poussant l‘interface entre l‘écoulement d‘entrée et l‘écoulement de jeu d‘aube en aval vers l‘intérieur du passage d‘aube. Dans chaque cas, le pourcentage prédit par CFD de la réduction du débit massique du point de décrochage tournant concorde assez bien avec la valeur mesurée.