Profilage du moyeu pour augmentation de la performance des compresseurs à écoulement mixte

Le compresseur est un composant clé des moteurs d’avions modernes. Comme il force l’écoulement à aller contre l’augmentation de pression, il est sujet au décollement de couche limite qui affecte son rendement isentropique, sa stabilité aérodynamique, et par extension, la consommation et l’enveloppe d’opération du moteur. Le décrochage de coin est un phénomène qui survient souvent dans une rangée d’aubes à grande courbure due à un écoulement transversal qui génère une accumulation de fluide de couche limite du moyeu à l’emplanture de l’aube, créant un région de recirculation et de blocage aérodynamique. Une technologie d’atténuation passive prometteuse du décrochage de coin est le profilage du moyeu ou endwall contouring (EWC) qui consiste à modifier la forme du moyeu avec des ondulations de surface pour réduire l’écoulement transversal. Bien que cette technologie ait été étudiée pour les compresseurs axiaux, elle n’a jamais été évaluée pour les compresseurs à écoulement mixte. Ce type de compresseur offre un rapport de pression par étage supérieur grâce à une grande variation de rayon, réduisant ainsi le nombre d’étages de compresseur dans un moteur. Cependant, les compresseurs à écoulement mixte sont beaucoup plus susceptibles au problème de décrochage de coin due à la plus grande cambrure de leurs stators. Ce projet a pour objectif de faire une première évaluation de la technologie d’EWC pour les compresseurs à écoulement mixte. Un système de conception de EWC pour un compresseur ayant une grande variation de rayon au moyeu est mis en place. Ce système consiste en une boucle d’optimisation dans ANSYS Workbench qui utilise un ensemble de scripts (pour certains, directement intégrés dans l’environnement ANSYS Script) pour modifier la géométrie du moyeu, définie via une fonction analytique, et le solveur ANSYS CFX pour les simulations CFD. Ce système est ensuite utilisé pour concevoir un premier design de compresseur à écoulement mixte avec EWC à un paramètre d’optimisation sur un banc d’essai à basse vitesse. Ce compresseur a deux stators (stator tandem) et souffre de décrochage de coin sur le stator en aval, sur lequel le EWC est appliqué. Malgré des problèmes de robustesse au niveau du logiciel ANSYS Workbench qui empêche pour l’instant d’obtenir un design optimal, les simulations CFD prédisent une amélioration du rendement comparable à ce qui se trouve dans la littérature pour des turbomachines à basse vitesse.