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Communication Dans Un Congrès Année : 2017

Towards Full 3D Numerical Simulation of Whirl Motions Stemming From Unilateral Contact Constraints in Aircraft Engines

Contribution à la simulation en 3D des mouvements de précession générés par des contraintes de contact unilatérales dans les moteurs d'avion

Résumé

The reduction of nominal clearances between a rotating bladed-disk and its surrounding casing yields a very significant increase of the overall engine efficiency. However, the smaller the clearances, the higher the risk of structural contacts between static and rotating components that may lead to hazardous interaction phenomena. In particular, at the fan stage of an aircraft engine, impacts between the rotating bladed-disk and the casing may generate forward or backward whirl motions induced by the precession of the shaft axis of rotation. In such specific configuration, an accurate modeling of interaction phenomena requires to account for both centrifugal and gyroscopic effects on the rotor. This contribution addresses the development of efficient reduced-order models of industrial finite element models embedding both centrifugal and gyroscopic effects. Proposed developments are validated on an academic model and are then applied on the finite element model of an aircraft engine fan stage. Results obtained with the academic model underline that the impact of gyroscopic effects on the rotor's dynamics is essentially related to the frequency split of 1-nodal diameter free-vibration modes of the first modal family. Results presented on the industrial finite element models are limited to a few case studies as a proof-of-concept.
La réduction des jeux entre les roues aubagées et les carters qui permettent des gains de performance significatifs pour le moteur favorisent aussi inévitablement l'apparition de contacts entre ces composants. Ces contacts peuvent engendrer des phénomènes d'interaction préjudiciables au bon fonctionnement du moteur. Pour la soufflante d'un moteur d'avion en particulier, des impacts répétés entre la roue aubagée en rotation et le carter peut entraîner des mouvements de précession directs ou indirects liés à un orbitage de l'axe de rotation du moteur. Dans ce cas précis, la prise en compte des effets inertiels est un pré-requis pour pouvoir envisager la prédiction numérique de ces phénomènes. Cet article porte sur le développement de modèles réduits numériques permettant la gestion de ces effets intertiels sur une large plage de vitesses de rotation. Ces développements sont tout d'abord validés sur un modèle académique et sont ensuite appliqués sur le modèle industriel éléments finis 3D d'une soufflante de moteur d'avion. Les résultats obtenus avec le modèle académique soulignent l'impact des effets gyroscopiques sur les modes de la première famille modale. Les résultats présentés sur un modèle industriel se limitent à quelques cas d'étude à titre de preuve de concept.
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Dates et versions

hal-01618311 , version 1 (17-10-2017)

Identifiants

Citer

J Paltrinieri, F Nyssen, M.-O Parent, Alain Batailly. Towards Full 3D Numerical Simulation of Whirl Motions Stemming From Unilateral Contact Constraints in Aircraft Engines. ASME Turbo Expo 2017: Turbomachinery Technical Conference and Exposition, Jun 2017, Charlotte, NC, United States. pp.GT2017-63488, ⟨10.1115/GT2017-63488⟩. ⟨hal-01618311⟩

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