Two-dimensional modeling of shaft precessional motions induced by blade/casing unilateral contact in aircraft engines

Résumé : Cette étude concerne l'apparition de mouvements de précession de l'arbre d'une roue aubagée d'un moteur d'avion --- mouvements dits de tournoiement --- qui sont initiés par des contacts directs entre sommets d'aubes et carter environnant. Ces événements de contact sont favorisés par des jeux fonctionnels de plus en plus réduits et sont considerés comme acceptables lors des conditions normales d'exploitation du moteur. Cependant, il a été montré par des études numériques et expérimentales que des interactions potentiellement dangereuses peuvent survenir et ainsi menacer son intégrité structurelle. Un modèle planaire de l'étage de la soufflante est construit à l'aide d'un ensemble de poutres courbes pour le carter et d'un ensemble de poutres droites pour la roue aubagée. La flexibilité de l'arbre est traduite par deux ressorts linéaires attachés au nœud central du disque. Le contact est initié par une distorsion du carter prescrite au début de la simulation et les deux structures sont ensuite laissées libres d'interagir. Les équations du mouvement sont résolues par un algorithme d'intégration temporelle explicite (différences finies centrées) et les efforts de contact sont calculés avec des multiplicateurs de Lagrange, méthode permettant de satisfaire pleinement les conditions de non-pénétration. Le frottement est représenté par une loi de Coulomb classique et, du fait des vitesses importantes en sommets d'aubes, le glissement permanent est supposé lors des phases de contact. Sur l'ensemble de la plage de vitesses de fonctionnement, trois types de régimes sont identifiés: (1) amortis, (2) soutenus et (3) divergents, où des mouvements de précession de l'arbre tant directes que retrogrades sont observés. Il est montré que la réponse vibratoire de la roue aubagées réside principalement sur le premier diamètre nodal de la première famille de modes, et ce, quelle que soit la vitesse de rotation ou le type de régime détecté. Le risque de défaillance résultant de ces événements de contact est mis en évidence, en particulier en présence de tournoiement direct, et le besoin d'outils prédictifs précis dans les phases préliminaires de conception du moteur est souligné.
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Contributeur : Nicolas Salvat <>
Soumis le : dimanche 18 janvier 2015 - 22:37:56
Dernière modification le : lundi 2 novembre 2015 - 16:35:57
Document(s) archivé(s) le : samedi 12 septembre 2015 - 06:32:42

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Citation

Nicolas Salvat, Alain Batailly, Mathias Legrand. Two-dimensional modeling of shaft precessional motions induced by blade/casing unilateral contact in aircraft engines. Turbo Expo, Jun 2014, Dusseldorf, Germany. Proceedings of ASME Turbo Expo, 2014, <10.1115/GT2014-25688>. <hal-01090671v2>

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