Comportement aéroélastique des grilles d'aubes de compression soumises à des vibrations et en présence d'écoulements instationnaires en fluide compressible

Abstract

Dans le cadre de l'interaction fluide-structure, cette thèse s'intéresse à la problématique globale de la simulation numérique des effets de l'air (fluide) en écoulement autour de profils de compresseur axial, notamment l'apparition d'instabilités aéroélastiques caractérisées par des mouvements oscillatoires auto-entretenus (ou vibrations) des aubes (structure), ainsi qu'à la méthodologie pour la prédiction de ces instabilités qui repose sur trois éléments essentiels : un solveur fluide en domaine déformable, un solveur structure et un algorithme de couplage. L'écoulement est régit par les équations générales de Navier-Stokes qui sont résolues par le logiciel Fluent avec la méthode des volumes finis. La dynamique de la structure a été introduite via des UDF (user define function) compilées au logiciel principal. La structure étant en mouvement rigide, nous avons effectué des simulations numériques en mouvement forcé en translation ou en rotation (le profil d'aube possédant deux degrés de liberté relatifs aux mouvements de flexion et de torsion). Pour simuler le mouvement libre de la structure, la cinématique du mouvement du solide a été décomposée en deux translation (deux degrés de liberté) et une rotation (un degré de liberté) pour un problème bidimensionnel. On s'est basé dans ce travail sur un algorithme modulaire décalé qui permet un échange d'informations entre le fluide et la structure de façon interactive. La mobilité de la géométrie du domaine est construite par déformation du maillage. A cet effet, deux profils d'aubes ont été étudiés pour des régimes de fonctionnement subsonique et transsoniques, le NACA 0012 et le NACA 65-10%. Beaucoup de simulations ont été effectuées et les résultats comparés à d'autres obtenus par ailleurs sont qualitativement et quantitativement très prometteurs. Nous disposons ainsi d'un outil qui permet en particulier de déterminer de façon précise les conditions de fonctionnement pour lesquelles l'instabilité aéroélastique va apparaître ainsi que l'amplitude et la nature des mouvements vibratoires (flottement, cycles limites) afin, soit de les éviter, soit de mieux les contrôler. Cet outil pourra notamment profiter aux constructeurs de turbomachines soucieux des écoulements induisant des vibrations destructives et devant alors disposer d'outils d'analyse de plus en plus fins et précis dés le stade de conception