Conjectural Bifurcation Analysis of an Aircraft Engine Blade Undergoing 3D Unilateral Contact Constraints
Analyse de bifurcation conjecturale d'une aube de moteur d'avion sous contraintes unilatérales de contact en 3D
Résumé
Prediction of rotor/stator interaction phenomena between a blade-tip and the surrounding abradable coating deposited on the casing has seen recent promising numerical developments that revealed consistency with several experimental set-up. In particular, the location of critical rotational frequencies, damaged blade areas as well as the wear pattern along the casing circumference were accurately predicted for an interaction scenario involving a low-pressure compressor blade and the surrounding abradable coating deposited on a perfectly rigid casing. The structural behaviour of the blade in the vicinity of a critical rotational frequency however remains unclear as brutal amplitude variations observed experimentally could not be numerically captured without assuming contact loss or an improbable drastic and sudden change of the abradable coating mechanical properties during the interaction. In this paper, attention is paid to the structural behaviour of a high-pressure compressor blade at the neighbourhood of a critical rotational frequency. The interaction scenarios for two close rotational frequencies: $\Omega_c$ and $\Omega_c^*$ are analyzed using empirical mode decomposition based on an adjusted B-spline interpolation of the time responses. The obtained results are compared to the interaction scenario dictated by the abradable coating removal history and the location of contact areas. The unstable nature of the blade vibratory response when the rotational frequency exceeds a critical rotational frequency is underlined and a plausible scenario arises for explaining a sudden and significant decrease of the blade amplitude of vibration without contact separation.
La possibilité de prédire numériquement des interactions rotor/stator initiées par des contacts entre le sommet d'une aube et le revêtement abradable déposé sur le carter a été mise en évidence dans des études numériques récentes dont les résultats sont en accord avec des observations expérimentales. Notamment, la valeur des vitesses critiques, les zones endommagées de l'aube ainsi que le nombre de lobes d'usure dans le revêtement abradable ont pu être prédits avec précision pour un cas d'interaction entre une aube de compresseur basse-pression et un carter supposé parfaitement rigide. Le comportement dynamique de l'aube au voisinage de la vitesse d'interaction comporte toutefois encore de nombreuses zones d'ombre puisque des variations brutales des niveaux de vibration observés expérimentalement n'ont pas pu être prédits numériquement sans émettre des hypothèses contraires aux observations (telle qu'une perte de contact) ou irréalistes (une dégradation extrême des propriétés mécaniques du matériau abradable). Cet article se concentre sur l'étude du comportement vibratoire d'une aube de compresseur haute-pression à proximité d'une vitesse critique. Les scenarios d'interaction pour deux vitesses proches $\Omega_c$ et $\Omega_c^*$ sont analysés à l'aide d'une décomposition modale empirique des signaux numériques. Les résultats obtenus sont confrontés au scénario d'interaction tel que les profils d'usure calculés et les zones de touches prédites permettent de l'entrevoir. La nature instable de la réponse de l'aube lorsque la vitesse de rotation dépasse la vitesse critique est mise en avant et permet d'envisager un scénario plausible pour expliquer les brusques variations observées expérimentalement sans perte de contact.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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