Aéroélasticité et dynamique des structures

Aéroélasticité des turbomachines

Fig 1 : Soufflante Grande corde Champ de Mach stationnaire

Le Département Aéroélasticité et Dynamique des Structures (DADS) de l'ONERA conduit des développements pour l’aéroélasticité des turbomachines au sein du code elsA développé par le Département Simulation Numérique des écoulements et Aéroacoustique (DSNA).

D’une part, des méthodes concernant la réalisation de calculs instationnaires en mouvement forcé harmonique pour les approches de couplage faible, et d’autre part des méthodes permettant la conduite de calculs de couplage fort statique et dynamique, prenant en compte une structure linéaire ont été développées et validées au sein du logiciel elsA. A cette fin plusieurs actions de développement ont été menées à bien :

• adaptation des conditions d’adhérence en maillage déformable et repère relatif
• adaptation de la condition de périodicité spatio-temporelle pour les problèmes aéroélastiques, en compatibilité avec le calcul parallèle, multigrille et pour les schémas de résolution temporelle avec implicitation LU
• prise en compte de modes complexes
• développement des fonctionnalités de couplage fort statique et dynamique pour les turbomachines.

L’ensemble de ces fonctionnalités ont été validées sur des cas-test concernant une soufflante industrielle, et sont disponibles dans la version actuelle référencée d’elsA (fig 1).

En particulier, on a réalisé des calculs de simulation aéroélastique en mouvement forcé harmonique suivant le premier mode de flexion d’aube pour plusieurs débits, avec et sans déphasage (fig 2). Ces calculs ont permis  d’obtenir les valeurs de l’amortissement aéroélastique suivant le nombre à diamètre et les points de fonctionnement (fig 3).

Fig 2 : Partie Imaginaire de pression à l’extrados pour les nombres à diamètres 0 (a) et 1 (b)

Fig 3 : Amortissement du mode 1F en fonction du déphasage pour 2 points de fonctionnement

On a également réalisé un calcul en couplage dynamique donnant accès aux amortissements des 4 modes de la base, pour un point de fonctionnement sans déphasage sur un secteur  (fig 4).

Fig 4 : Historique des coordonnées généralisées des 4 premiers modes en couplage dynamique
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L’ensemble de ces calculs instationnaires aéroélastiques a été conduit en Navier-Stokes avec modèle de turbulence de Spalart, en maillage déformable, en calcul parallèle, avec accélération multigrille, et avec schéma d’intégration temporelle Backward Euler avec implicitation LU.

Le module aéroélastique d’elsA est donc maintenant opérationnel pour la réalisation de calculs de stabilité aéroélastique des turbomachines avec prise en compte d’une aérodynamique non linéaire Navier-Stokes.

Mis à jour le 10 janvier 2008 - © ONERA 2009 - Crédits et conditions d'utilisation