Experimental and numerical simulation of a contact induced rotor/stator interaction inside an aircraft engine high-pressure compressor - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Communication Dans Un Congrès Année : 2016

Experimental and numerical simulation of a contact induced rotor/stator interaction inside an aircraft engine high-pressure compressor

Simulation numérique et expérimentale d'un cas d'interaction rotor/stator dans le compresseur haute-pression d'un moteur d'avion

Résumé

The development of a predictive numerical strategy for the simulation of rotor/stator interactions is a concern for several aircraft engine manufacturers. As a matter of fact, modern designs of aircraft engines feature reduced operating clearances between rotating and static components which yields more frequent structural contacts. Subsequent interaction phenomena (be it rubbing events, modal interaction or whirl motions) are not yet fully understood. For that reason, experimental data obtained from set-ups dedicated to the simulation of such interactions are scrutinized and are key in: (1) increasing the knowledge of the interaction phenomena and (2) allowing for a calibration of the numerical models with realistic events. In this contribution, the focus is made on an experimental set-up in Snecma facilities. It features a full-scale high-pressure compressor stage and aims at simulating contact induced interactions between one of the blades (slightly longer than the other ones) and the surrounding abradable coating that is deposited along the casing circumference. For this experimental set-up, it is found that the witnessed interaction involves a single blade---thus it should be analyzed as a sequence of rubbing events---and more specifically its first torsional mode, which is its second free-vibration mode. The focus is made both on the presentation of the experimental set-up and on the confrontation with the numerical results. Numerical results are analyzed by means of adaptative signal processing techniques and the consistency between numerical results and experimental observations is underlined both in time and frequency domains. In particular, the numerical strategy developed for Snecma is shown to predict very accurately the nature of the interaction as wear patterns obtained experimentally and numerically are a match. This numerical/experimental confrontation is the first attempt to calibrate a sophisticated numerical strategy with experimental data acquired within the high-pressure compressor of an aircraft engine for the simulation of rotor/stator interactions. Contrary to previous studies carried out within the low-pressure compressor of an aircraft engine, this interaction is found to be non-divergent: high amplitudes of vibration are experimentally observed and numerically predicted over a very short period of time. The ability of the numerical strategy to predict torsion induced interactions opens avenues for further analyses in turbine stages and with more sophisticated models including mistuned bladed disks and multi-stage components.
Le développement d'une stratégie numérique prédictive pour la simulation d'interactions rotor/stator est un enjeu majeur pour plusieurs constructeurs de moteurs d'avion. En effet, les moteurs les plus récents possèdent des jeux de fonctionnement réduits entre les composants tournants et statiques ce qui favorise inévitablement l'apparition de contact entre ces structures. Les phénomènes d'interaction pouvant résulter de ces contacts (qu'il s'agisse de simples contacts frottants, d'interaction modale ou de mouvements de précession) ne sont pas encore bien compris. Pour cette raison, les données obtenues expérimentalement sont analysées avec minutie, notamment pour~: (1) accroître la compréhension de ces phénomènes et, (2) renforcer le caractère prédictif des outils numériques existants en permettant leur calibration. Dans cet article, on s'intéresse à un banc d'essai mis en place par la société Snecma, composé d'un étage de compresseur haute-pression à échelle une dont une des aubes, légèrement en sur-longueur, entre en contact avec le revêtement abradable déposé sur le carter. Il est observé que le phénomène d'interaction n'implique qu'une seule aube---et doit ainsi être analysé comme un évènement de contact frottant aube/carter---et plus particulièrement son premier mode de torsion, soit son second mode de vibration propre. L'article porte sur la présentation du banc ainsi que sur une confrontation avec des simulations numériques. Les résultats numériques sont analysés par le biais de méthodes adaptatives de traitement du signal. La cohèrence entre les observations expérimentales et les résultats numériques est mise en évidence dans les domaines temporel et fréquentiel. En particulier, la stratégie numérique développée pour Snecma prédit de façon très précise la nature de l'interaction puisque les motifs d'usure prédits dans le matériau abradable correspondent aux observations expérimentales. Cette confrontation expérimental/numérique est une première tentative de calibration de cette stratégie numérique au sein d'un compresseur haute-pression. L'interaction observée est non-divergente: de hautes amplitudes de vibration sont observées expérimentalement et numériquement uniquement sur un court laps de temps. La possibilité de prédire numériquement de telles interactions permet d'anticiper l'analyse d'interactions dans d'autres composants du moteurs telles que les turbines.
Fichier principal
Vignette du fichier
hal_56718.pdf (1.46 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
Loading...

Dates et versions

hal-01618322 , version 1 (17-10-2017)

Identifiants

Citer

Alain Batailly, Q Agrapart, A Millecamps. Experimental and numerical simulation of a contact induced rotor/stator interaction inside an aircraft engine high-pressure compressor. ASME Turbo Expo, Jun 2016, Séoul, South Korea. ⟨10.1115/GT2016-56718⟩. ⟨hal-01618322⟩

Collections

LAVA
71 Consultations
97 Téléchargements

Altmetric

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More