A Frequency-Time Partitioned Approach for Computing Fan Blade Flutter Induced Limit Cycle Oscillations With Nonlinear Friction on Contact Interfaces
Une approche partitionnée temps-fréquence pour la simulation de cycles limites d'oscillation déclenchés par le flottement de soufflante, en présence de non-linéarités de frottement aux interfaces de contact.
Résumé
This paper aims at introducing a new methodology to analyse aeroelastic stability of transonic fans while nonlinear friction on contact interfaces is taken into account. This methodology consists in an iterative procedure where the nonlinear dynamics of the structure and aerodynamic forces are respectively computed while imposing each one to the other in a fixed point loop. Hence, both physics are resolved while taking into account the nonlinearities of the other one, leading to a description of the fully coupled fluid structure system nonlinear dynamics. To do so, a harmonic description of the structure dynamics is performed using nonlinear complex modes, while the fluid is evaluated in temporal domain solving Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes (URANS) equations. Aeroelastic simulations are performed on the whole annulus, in Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) formulation. An application of this methodology is performed on an industrial state of the art transonic fan to demonstrate its capability of predicting flutter induced Limit Cycle of Oscillations (LCO).
Cet article a pour objectif de présenter une méthodologie nouvelle d’analyse de stabilité aéroélastique de soufflantes transsoniques en présence de non-linéarités de frottement aux interfaces de contact. Cette approche consiste en une procédure itérative dans laquelle la dynamique de structure non-linéaire et les forces aérodynamiques sont respectivement calculées en les imposant mutuellement dans une boucle de point fixe. De ce fait, chaque physique est résolue en prenant en compte les non-linéarités de l’autre, ce qui mène à une description complètement non-linéaire du système couplé fluide-structure. Pour obtenir ce résultat, une description harmonique de la dynamique de la structure est utilisée, s’appuyant sur l’utilisation de modes complexes non-linéaires, tandis que le fluide est évalué dans le domaine temporel par résolution des équations Navier-Stokes instationnaires moyennées (URANS). Les simulations aéroélastiques sont conduites sur un modèle complet 360°, en formulation Arbitraire Lagrange Euler (ALE). La méthodologie développée est appliquée au cas d’une soufflante transsonique industrielle moderne, en vue de montrer sa capacité de prédiction de cycles limites d’oscillations (LCO) déclenchées par le flottement.
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