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Article Dans Une Revue Journal of Engineering for Gas Turbines and Power Année : 2018

Thermo-Mechanical Modeling of Abradable Coating Wear in Aircraft Engines

Modélisation thermo-mécanique de l’usure du revêtement abradable dans un moteur d’avion

Résumé

In modern turbomachine designs, the nominal clearances between rotating bladed-disks and their surrounding casing are reduced to improve aerodynamic performances of the engine. This clearance reduction increases the risk of contacts between components and may lead to hazardous interaction phenomena. A common technical solution to mitigate such interactions consists in the deposition of an abradable coating along the casing inner surface. This enhances the engine efficiency while ensuring operational safety. However, contact interactions between blade-tips and an abradable layer may yield unexpected wear removal phenomena. The aim of this work is to investigate the numerical modeling of thermal effects within the abradable layer during contact interactions and compare it with experimental data. The proposed numerical modeling strategy is applied on an industrial blade to analyze the impact of thermal effects on the blade’s dynamics.
Les moteurs d’avion les plus récents sont conçus pour fonctionner avec des jeux réduits entre les aubes en rotation et le carter environnant, ceci dans le but de maximiser les performances aérodynamiques et donc le rendement global du moteur. La diminution de ces jeux augmente cependant la fréquence des contacts aubes/carter qui peuvent engendrer des phénomènes d’interactions vibratoires préjudiciables. Parmi les moyens existant pour limiter la sévérité de ces contacts, plusieurs fabricants optent pour le dépôt d’un revêtement abradable sur la surface intérieure du carter. Le rôle de ce revêtement est d’assurer un fonctionnement sécuritaire du moteur tout en maintenant un rendement élevé. Toutefois, sous certaines conditions, des niveaux d’usure anormalement élevés ont pu été observés expérimentalement. Les développements présentés ont pour objectif de permettre l’analyse des phénomènes thermo-mécaniques au sein du revêtement abradable à la suite de contacts et de comparer les résultats numériques aux observations expérimentales. Un maillage éléments finis thermique est utilisé sur toute la surface interne du carter. La stratégie numérique présentée repose sur un couplage faible entre phénomènes mécanique et thermique ce qui permet de conserver une certaine efficacité numérique. Problèmes thermiques et mécaniques sont résolus en alternance avec des pas de temps distincts compte-tenu des différentes constantes de temps. La stratégie numérique est appliquée sur une aube industrielle afin d’analyser le lien entre phénomènes thermiques et la réponse vibratoire de l’aube.
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Dates et versions

hal-01942616 , version 1 (03-12-2018)
hal-01942616 , version 2 (20-03-2019)

Identifiants

  • HAL Id : hal-01942616 , version 1

Citer

Florence Nyssen, Alain Batailly. Thermo-Mechanical Modeling of Abradable Coating Wear in Aircraft Engines. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2018, 141 (2), pp.021031. ⟨hal-01942616v1⟩
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