Abstract
(Französisch)
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Depuis une quinzaine d'années, le trafic aérien a considérablement augmenté. Les aéroports sont actuellement proches de leur saturation en nombres de vols par jour. Cela a poussé les constructeurs aéronautiques à développer des avions commerciaux de plus en plus gros avec une plus grande autonomie de vol pour transporter le plus de passagers possible et le plus loin possible.
D'autre part, la compétitivité féroce entre les compagnies aériennes a contraint les fabricants de réacteurs à diminuer leur nombre de trois ou quatre à deux par avion. Certes, la diminution des coûts d'entretien est importante mais, d'un point de vue de la sécurité, cela nécessite une augmentation significative de la fiabilité des réacteurs. Cette exigence accrue de la fiabilité contribue, en plus, à la diminution des coûts d'entretien en rendant superflus la préparation d'avions ou de réacteurs de rechange.
Pour tenir compte de l'évolution des avions de lignes vers des bimoteurs à grande capacité, ainsi que de l'augmentation du temps d'utilisation des réacteurs entre les révisions, une nouvelle classification appelée ETOPS (Extended Twin Engine Operation) a été créée par l'organe de contrôle aérien, la FAA.
Si une combinaison avion/système de propulsion n'est pas certifiée ETOPS pendant 180 minutes, ses routes seront limitées. La certification ETOPS dépend en grande partie d'une fiabilité démontrée du système de propulsion.
Pour concevoir des réacteurs fiables, sans les sur-dimensionner, il est nécessaire de bien connaître les mécanismes d'usure et de rupture. Malheureusement, il se trouve que la vibration forcée (interaction entre les sillages du stator et les aubes du rotor) des aubes de turbines provoque des ruptures par fatigue à haut nombre de cycles très difficiles à observer et donc à prévoir.
De leur côté, les constructeurs de turbomachines industrielles (comme ABB ou Sulzer) empruntent de plus en plus les techniques et les matériaux utilisés dans l'aviation pour faire face à une compétitivité croissante dans leurs domaines. Malgré des régimes de fonctionnement plus réguliers que les réacteurs, les mêmes effets de la vibration forcée apparaissent dans les turbomachines terrestres.
Il est ainsi primordial, pour l'industrie des turbomachines en général, de mieux comprendre les phénomènes aéroélastiques (interaction entre la structure et l'écoulement) à l'origine de ce type de défaillance.
Le projet de recherche européen « Brite-Euram Aeromechanical Design of Turbine Blades » a été créé pour répondre à ce besoin en faisant appel à l'industrie aéronautique européenne (Rolls-Royce, Snecma, Turbomeca, Rolls-Royce Deutschland, ITP, Fiat Avio) ainsi qu'à des centres de recherche académiques européens (Onera, DLR, Oxford, Limerick, KTH, EPFL). Les études expérimentales principales sont concentrées c
Les différents paramètres à étudier en plus des conditions d'écoulements (angle d'attaque, vitesse d'entrée et de sortie) sont le nombre de sillages générés par le stator et le mode vibratoire (flexion ou torsion). Les effets mesurés sont notamment les conditions d'écoulement en amont du stator, entre le stator et le rotor et en aval du rotor ainsi que les distributions de pressions instationnaires sur les aubes du rotor et sur la paroi extérieure du stand. Les résultats obtenus permettront ainsi de mieux comprendre ces phénomènes instationnaires, complexes et indésirables.
De plus, les mesures obtenues serviront aussi à valider des programmes de simulation numérique d'écoulements traitant spécifiquement des phénomènes aéroélastiques ; programmes en cours de développement dans les différents centres de recherche universitaires et industriels.
Ainsi, dans un avenir proche, il sera alors possible de tenir compte des effets indésirables de la vibration forcée des aubes de turbines directement dans la phase de conception (au lieu de recourir à de longs et onéreux essais expérimentaux) et d'améliorer considérablement la fiabilité des turbomachines.
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