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Communication Dans Un Congrès Année : 2013

A qualitative numerical analysis of rotor-casing interactions in centrifugal compressors of helicopter engines

Analyse numérique qualitative d'interactions rotor/stator dans un compresseur haute pression d'un moteur d'hélicoptère

Résumé

In experimental and numerical investigations of unilateral contact and friction induced rotor-casing interactions, a variety of complex phenomena is expected. Although most of the features of the structural responses can be explained within a simplifying linear framework, the nonlinear nature of contact and friction forces induce complicated responses which require an appropriate methodology to be conveniently analyzed. The presented work focuses on a thorough numerical exploration of such undesired events in an attempt to provide a dedicated systematic method of analysis. Interaction simulations are carried out on the centrifugal compressor of a modern helicopter engine, for which it is assumed that the casing is rigidly distorted along a mathematical shape exhibiting distinct nodal diameters. The proposed work focuses on linear geometric aspects, such as cyclic symmetry and spatial aliasing of engine orders on nodal diameters as well as nonlinear attributes, such as sub- and super-harmonic participations in the response, in order to properly characterize the dynamics of the interaction. The results are presented as space and time two-dimensional Fourier transforms of the numerically predicted response. Dominant responses are visible along time harmonics of the forcing frequency imposed by the assumed shape of the casing. It is observed that the participation of some nodal diameters in the response is a consequence of both the aliasing effect and super-harmonic forcing terms.
Lors de l'étude numérique ou expérimentale d'interactions rotor/stator générées par du contact unilatéral ou du frottement, une grande variété de phénomènes complexes peuvent se produire. Bien que l'essentiel du contenu des réponses structurelles puissent être analysées dans le cadre d'un formalisme linéaire simplifié, la nature hautement non-linéaire du contact génère des signaux complexes qui doivent être minutieusement analysés. Le travail présenté dans cet article porte sur l'analyse de ce type de simulations et les investigations envisageables en ayant pour but de fournir une méthodologie systématique d'analyse. Les simulations d'interaction sont réaliséessur un compresseur centrifuge d'un moteur d'hélicoptère moderne pour lequel il est supposé que le carter est ovalisé, c'est-à-dire déformé selon un mode à deux diamètres. Ce travail se focalise sur des aspects géométriques tels que la symétrie cyclique et le phénomène d'aliasing des régimes moteurs sur certains diamètres nodaux ainsi que sur des aspects typiquement non-linéaires comme les sous- et super-harmoniques observées dans la réponse de la structure dans le but de caractériser les propriétés dynamiques de l'interaction. Les résultats sont présentés en utilisant une transformée de Fourier en deux dimensions(temps et espace)de la réponse prédite. Des pics principaux sont observés le long du régime moteur correspondant à la fréquence principale du contact imposée par la forme ovalisée du carter. Il est notamment observé que certains diamètres nodaux répondent de façon non négligeable du fait de la combinaison de l'aliasing et de super-harmoniques du chargement imposé.
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hal-00851397 , version 1 (20-08-2013)

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Citer

Markus B Meingast, Alain Batailly, Mathias Legrand, Jean-Philippe Ousty. A qualitative numerical analysis of rotor-casing interactions in centrifugal compressors of helicopter engines. ASME 2013 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference, Aug 2013, Portland, United States. ⟨10.1115/DETC2013-12212⟩. ⟨hal-00851397⟩
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