Aubes d'entrée asymétriques pour compresseur à ingestion de couche limite

Boundary Layer Ingestion airplanes can signicantly reduce fuel consumption and noise relatively to existing airplanes. However, they can’t be implemented because the non uniformity of inlet ow (aerodynamic distortion) has negative eect on structural integrity and performance of turbofans. The use of an asymmetric IGV design to attenuate these eects by introducing a non uniform swirl angle distribution at rotor inlet is shown in recent works to be promising. The goal of this project is to put into service a new test rig and use it to experimentally validate the concept of asymmetric IGV. Numerical simulations are conducted on a single stage axial fan corresponding to the design in the test rig. These simulations allow to compare performance and variation in aerodynamic forces on the rotor blades of the fan stage without and with distortion as well as with IGV. These results can be compared against measurement on the test bench. Numerical simulations are performed on Ansys CFX in full-annulus conguration but without surface viscosity to keep computational time and resources to a reasonable level. The IGV design process is iterative. It uses these numerical simulations to be later fabricated and tested on the rig. Delays due to the resolution of multiple mechanical, electrical and software issues on the original test rig limited available time for asymmetric IGV design. The rst precipitous 3D IGV designs with angle variation on the radius did not lead to a suitable design. Only a 2D design is presented. The test bench is near ready for testing with the integration of a new motor and multiple improvements. Moreover, the iterative design process is becoming more mature and there is the possibility that an IGV will be manufactured and tested very soon.

Résumé

Les avions à ingestion de couche limite peuvent réduire signicativement la consommation et le bruit relativement aux avions existants. Cependant, ils ne peuvent Ÿtre implémentés car la non-uniformité de l’écoulement entrant (distorsion aérodynamique) est néfaste à l’intégrité structurelle et à la performance des turbosouantes. Le concept d’aubes d’entrée (IGV) asymétriques pour atténuer ces eets via l’introduction d’une distribution non-uniforme d’angles de tourbillon à l’entrée du moteur est prometteur selon des analyses récentes. L’objectif de ce projet vise à mettre en fonction un banc d’essai an d’ensuite valider dans un contexte expérimental le concept d’IGV asymétrique. Des simulations sont conduites sur un modèle de souante axiale à un étage correspondant au banc d’essai employé pour les mesures. Ces simulations permettent de comparer la performance sans distorsion, avec distorsion et nalement avec le dispositif d’aubes asymétriques. Les résultats peuvent Ÿtre comparés avec les mesures sur le banc d’essai. Les simulations sont eectuées sur Ansys CFX et avec toutes les aubes modélisées. Le tout est mené sans viscosité de surfaces an de limiter les simulations à une durée raisonnable. L’ IGV asymétrique est conçu itérativement en se basant sur les simulations pour ensuite Ÿtre fabriqué et testé sur le banc d’essai. Les délais liés à la résolution de multiples problèmes mécaniques, électriques et logiciels du banc d’essai original a limité le temps de conception du IGV asymétrique. Les premiers essais précipités de design d’un IGV 3D avec variation d’angle de sortie selon le rayon n’ont pas abouti à des design convenables. Seul un design 2D est présenté. Malgré cela, le banc d’essai est proche d’Ÿtre fonctionnel avec un nouveau moteur et une multitude d’améliorations. De plus, le système de design itératif du IGV asymétrique est en place et il sera possible dans un futur proche de fabriquer et tester le concept d’IGV asymétrique.