Développement de méthodes numériques pour la gestion du contact aubes /carter dans les compresseurs centrifuges de moteurs d'hélicoptère

L’objectif de cette maîtrise est la validation expérimentale d’un code numérique - Coros (Contact rotor/stator) - développé conjointement par Safran et Polytechnique Montréal pour la simulation de phénomènes de contact entre une roue aubagée et le carter environnant. La validation est réalisée en comparant les réponses numériques et expérimentales des interactions modales d’un compresseur centrifuge basse pression de moteur d’hélicoptère. L’analyse expérimentale montre la réponse modale de la roue en fonction de son diamètre modal quatre, ainsi que des multiples de la vitesse de rotation et des sidebands répondant lorsqu’elles coïncident avec les fréquences naturelles des structures. L’étude numérique a consisté tout d’abord en la création de modèles éléments finis du rouet et du carter, puis en la construction de modèles réduits associés. La représentation du carter s’appuie dans le code de contact sur une spline bicubique afin de lisser l’interface de contact [1]. La campagne de calcul a consisté en une série de simulations sur une plage de vitesse fine autour de la vitesse critique. Les résultats obtenus confirment l’augmentation des amplitudes des déplacements des deux structures autour de la vitesse critique. L’analyse fréquentielle met en évidence la présence de l’interaction modale ainsi que des coïncidences entre les fréquences propres des deux structures et les sidebands. L’identification de l’interaction modale constitue le premier point de validation avec carter flexible pour le code de contact et contribue à l’identification des interactions modales susceptibles d’engendrer l’instabilité du système.

Abstract

The objective of this master’s degree is the experimental validation of the numerical strategy - Coros (Rotor/Stator Contact) - developed jointly by Safran and Polytechnique Montréal for the simulation of contact phenomena between a blade-tip and the surrounding casing. The validation is carried out by comparing the numerical and experimental responses of the modal interactions of a low-pressure radial compressor stage of a helicopter engine. The experimental analysis shows the modal response of the impeller as a function of its modal diameter four, as well as harmonics of the engine order and the sidebands responding when coinciding with the natural frequencies of the structures. The numerical study consisted first of all in the creation of 3D finite element models of the impeller and the casing, then in the construction of associated reduced-order model.. The representation of the casing is based in the contact code on a bicubic spline in order to smooth the contact interface [1]. The numerical simulation campaign consisted of a series of simulations over a fine speed range around the critical speed. The results obtained confirm the increase in the amplitudes of the displacements of the two structures around the critical speed. The frequency analysis highlights the presence of the modal interaction as well as coincidences between the natural frequencies of the two structures and the sidebands. The identification of the modal interaction constitutes the first point of validation with flexible casing for the contact code and contributes to the identification of modal interactions likely to cause system instability.