New Strategies for Desensitizing Aero-Engine Axial Compressor Performance and Stability to Tip Clearance Increase

Le jeu d'aube correspond à l'espace minuscule qui se trouve entre le bout des aubes d'un rotor de turbomachine et son carter fixe. Dans un compresseur de moteur d'avion, le jeu d'aube cause des pertes en performance et des problèmes de stabilité aérodynamique qui nuisent à la consommation en carburant et à l'enveloppe d'opération des moteurs d'avion. Les variations de la vitesse de rotation ainsi que des températures internes du compresseur durant un cycle de vol entraînent la dilation ou le rétrécissement de ses composants (rotor, disque ou carter), ce qui augmente temporairement ou de façon permanente (par frottement) le jeu d'aube. Cet agrandissement inévitable du jeu d'aube durant le cycle de vie du moteur résulte en une dégradation à long terme du moteur au niveau de sa consommation en carburant et de son enveloppe d'opération. La majorité des études effectuées se sont concentrées sur l'amélioration de la performance (rapport de pression totale et rendement) et la stabilité aérodynamique (marge de décrochage) à un jeu d'aube nominal. Toutefois, très peu d'études se sont attaquées directement à l'atténuation de la réduction (sensibilité) de la performance et de la stabilité aérodynamique face à l'agrandissement du jeu d'aube. Ces travaux incluent deux récentes études numériques très prometteuses à l'École Polytechnique de Montréal qui ont proposé deux stratégies de conception d'aubes et un nouveau traitement de carter pour réduire la sensibilité de la performance et de la marge de décrochage à l'agrandissement du jeu d'aube pour un compresseur axial. La phase actuelle de cette recherche vise à appliquer les conclusions de ces deux études à un vrai rotor de compresseur axial de moteur d'avion. Les objectifs de ce projet sont de concevoir un traitement de carter pour ce rotor afin de réduire la sensibilité de sa performance et de sa marge de décrochage face à l'agrandissement du jeu d'aube, et de changer le design de l'aube du rotor pour obtenir le même effet (sans traitement de carter). Ces deux designs seront testés dans un nouveau banc d'essai de compresseur transsonique à l'École Polytechnique de Montréal pour valider expérimentalement cette technologie. En cas de succès, cette technologie donnera des moteurs d'avion aérodynamiquement plus robustes qui seront capables de maintenir leur performance et enveloppe d'opération avec l'âge. La méthodologie choisie pour atteindre ces objectifs passe par une approche numérique basée sur des simulations numériques de l'écoulement (CFD) et est composée de trois étapes.