Fluid Mechanics and Acoustics Laboratory - UMR 5509

LMFA - UMR 5509
Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique
Lyon
France


Supervisory authorities

Our partners




Home > Teams > Turbomachinery Team > T1 - Instationnarités et Instabilités Aérodynamiques

T1 - Instationnarités et Instabilités Aérodynamiques

Cette thématique a deux objectifs scientifiques, d’une part de mieux déterminer les seuils et les scénarios de déclenchement des instabilités critiques pour réduire les risques, et d’autre part de connaitre et comprendre les phénomènes instationnaires qui dégradent les performances pour améliorer l’efficacité énergétique des turbomachines. Les retombées sont directes avec des montées en TRL pour des applications sur moteurs d’aviation civil, en utilisant des prototypes tels que CREATE (compresseur axial multi-étages représentatif d’un bloc HP de moteur d’avion civil conçu par Safran Aircraft Engines) et Turbocel (compresseur centrifuge de nouvelle génération conçu par Safran Helicopter Engines).

Des travaux numériques et expérimentaux ont permis une analyse fine de l’aérodynamique interne et des instabilités aérodynamiques responsables de l’entrée en pompage dans ces compresseurs. Des phénomènes peu référencés dans la littérature concernant les applications aéronautiques, tels que le décollement alterné dans le diffuseur (cf. fig. ci-dessous) ou encore l’installation d’une recirculation en tête du rouet de Turbocel, ont pu être démontrés à la fois expérimentalement et numériquement, puis expliqués. Des avancées ont été réalisées avec la compréhension et la classification des précurseurs aérodynamiques d’instabilités, notamment avec les différences entre les décollements tournants et les instabilités tournantes.
Schéma du décollement alterné dans le diffuseur du compresseur centrifuge TURBOCELFig.: Schéma du décollement alterné dans le diffuseur du compresseur centrifuge TURBOCEL

Les dernières analyses révèlent par ailleurs que même si l’origine des instabilités aérodynamiques se situe indiscutablement dans le compresseur, le développement du pompage (i.e. l’amplification des perturbations) est conditionné par le système dans lequel est inséré le compresseur. D’un point de vue numérique, des simulations 3D de l’ensemble du système (machine + environnement) sont encore très lourdes, tandis que les approches analytiques linéaires et non linéaires de type Moore-Greitzer ne permettent pas d’accéder à une description macroscopique de l’écoulement puisque le compresseur n’est alors qu’un simple disque d’action. L’alternative développée utilise le couplage d’une modélisation 3D du compresseur avec une modélisation 1D du système. Avec une telle approche, la capacité à étudier les effets de l’environnement système, en particulier les effets dynamiques et acoustiques, a été démontrée et permet notamment d’obtenir le champ aérodynamique dans le compresseur pendant un cycle de pompage (calcul des forces qui s’exercent sur les aubages - lien avec T2).
Dimensionless static pressure fluctuations contours close to hub, far from surge (357 RRP), at surge inception (380 RRP, 384 RRP) and at reversed mass flow (389 RRP). In the medal at the center of the images, axial velocity contours are plotted in a cutting plane just upstream the rotor blades. The color for axial velocity contours ranges from blue (negative values) to red (positive values). Fig. Dimensionless static pressure fluctuations contours close to hub, far from surge (357 RRP), at surge inception (380 RRP, 384 RRP) and at reversed mass flow (389 RRP). In the medal at the center of the images, axial velocity contours are plotted in a cutting plane just upstream the rotor blades. The color for axial velocity contours ranges from blue (negative values) to red (positive values).

Les travaux menés sur les compresseurs haute-vitesse installés au LMFA ont permis d’obtenir des données rares sur les relations entre les performances d’une machine et les détails de l’écoulement en étudiant particulièrement la partie instationnaire déterministe des signaux spatio-temporels. Les interactions rotor/stator en font partie et sont d’une grande complexité pour ces écoulements
fortement compressibles. Cependant pour bien les comprendre et les modéliser, l’équipe s’intéresse aussi aux structures qui sont générées dans chaque roue et qui interagissent entre elles (tourbillon de jeu, décollement de coin, écoulements secondaires,...). C’est alors la partie aléatoire de l’instationarité, liée à la turbulence, qui est étudiée avec des expériences plus académiques autorisant des mesures très détaillées et des simulations haute fidélité (SGE).

Impact of passive flow control on the stability of a centrifugal compressor

Theme 1 - Instationnarités et Instabilités Aérodynamiques Period 11/02/2019-10/02/2022 Contact(s) TREBINJAC Isabelle PhD student POUJOL Nicolas Partners Fabien Artus (SHE)
A research (...)

Read more

Study of corner separation in a linear compressor cascade

Theme 1 - Modèles de turbulence pour les écoulements instationnaires en turbomachines Period 01/10/2013-01/10/2016 Contact(s) OTTAVY Xavier PhD student ZAMBONINI Gherardo Partners LU Lipeng, (...)

Read more

Modeling of compressor operating during surge trigger

Theme 1 - Instationnarités et Instabilités Aérodynamiques Period 01/02/2016-30/06/2020 Contact(s) NGO BOUM Ghislaine PhD student ROJDA Ludovic Partners Safran Aircraft Engines (DT - Modules - (...)

Read more

Investigation of Aerodynamic Phenomena in a High Bypass Ratio Fan

Theme 1 - Instationnarités et Instabilités Aérodynamiques Period 05/02/2020-04/02/2020 Contact(s) OTTAVY Xavier PhD student RODRIGUES Martin Partners Safran Aircraft Engines
This thesis (...)

Read more

Modelization of the influences of the system to analyse the evolution of the surge limit of a compressor

Theme 1 - Instationnarités et Instabilités Aérodynamiques Period 15/11/2018-15/11/2021 Contact(s) NGO BOUM Ghislaine PhD student WALLISKY Nicolas Partners GUILAIN Stephane
La limite de (...)

Read more