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Communication Dans Un Congrès Année : 2013

Modeling of abradable coating removal in aircraft engines through delay differential equations

Modélisation de l'enlèvement d'abradable dans les moteurs d'avion à l'aide d'équations différentielles à retard

Résumé

In modern turbomachinery, abradable materials are implemented on casings to reduce operating tip clearances and mitigate direct unilateral contact occurrences between rotating and stationary components. However, both experimental and numerical investigations revealed that blade/abradable interactions may lead to blade failures. In order to comprehend the underlying mechanism, an accurate modeling of the abradable removal process is required. Time-marching strategies where the abradable removal is modeled through plasticity are available but another angle of attack is proposed in this work. It is assumed that the removal of abradable liners shares similarities with machine tool chatter encountered in manufacturing. Chatter is a self-excited vibration caused by the interaction between the machine and the workpiece through the cutting forces, and the corresponding dynamics are efficiently captured by delay differential equations. These equations differ from ordinary differential equations in that previous states of the system are involved in the formulation. This mathematical framework is here employed for the exploration of the blade stability during abradable removal. The proposed tool advantageously features a reduced computational cost and consistency with existing time-marching solution methods. Potentially dangerous interaction regimes are accurately predicted and instability lobes match both flexural and torsional modal responses. Essentially, the regenerative nature of chatter in machining processes can also be attributed to abradable coating removal in turbomachinery.
L'augmentation du rendement des turbomachines aéronautiques conduit les concepteurs à privilégier deux stratégies distinctes : (1) l'utilisation de matériaux plus légers tels que les matériaux composites et (2) la réduction des jeux entre parties tournantes (telles que les roues aubagées) et le carter environnant. La réduction des jeux a notamment pour effet de favoriser l'apparition de contacts structuraux qui sont dorénavant considérés comme des événements normaux, bien qu'indésirables, pouvant se produire au cours du fonctionnement de la turbomachine. Afin de limiter les conséquences de ces contacts sur l'intégrité structurelle des composants de la turbomachine, il est fréquent d'utiliser un revêtement sacrificiel, appelé revêtement abradable, qui est disposé sur le carter et qui doit satisfaire le compromis suivant : être suffisamment souple pour ne pas endommager les aubes lors de contacts mais également suffisamment résistant à son environnement (haute température, corrosion...).
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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Dates et versions

hal-00879815 , version 1 (04-11-2013)

Licence

Paternité - Partage selon les Conditions Initiales

Identifiants

Citer

Nicolas Salvat, Alain Batailly, Mathias Legrand. Modeling of abradable coating removal in aircraft engines through delay differential equations. ASME Turbo Expo 2013, Jun 2013, San Antonio, United States. ⟨10.1115/1.4024959⟩. ⟨hal-00879815⟩
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