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Instabilités dans un compresseur axial

Le système de propulsion le plus utilisé dans le domaine aéronautique est le turboréacteur. Le poids du moteur, sa consommation, ainsi que la poussée disponible pour l'avion, sont des paramètres en partie déterminés par la capacité du compresseur à fournir un maximum d'énergie par étage de compression.

copyright © ONERA 1996-2006 - Tous droits réservés Visualisation des structures 3D, colorées par la pression dans un étage de compresseur axial en régime instable (calcul elsA) DAAP
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Visualisation des structures 3D, colorées par la pression
dans un étage de compresseur axial en régime instable (calcul elsA)
DAAP

Afin de diminuer le poids du compresseur, et donc celui du moteur tout entier, les constructeurs cherchent à diminuer le nombre d'étages nécessaires au compresseur pour atteindre un taux de pression donné. Dès lors, il devient nécessaire d'augmenter la quantité d'énergie transmise au fluide par chaque étage du système de compression. Le problème est qu'au voisinage du taux de pression maximum, des phénomènes instables apparaissent (pompage et décollement tournant) et risquent d'engendrer une destruction de la machine.

L'Onera est ainsi engagé dans une action dont le but est de mieux comprendre la structure et les origines de ces écoulements instables grâce à l'apport de la simulation numérique. La figure présentée montre le résultat d'un calcul Navier-Stokes instationnaire dans un étage complet de compresseur axial, fonctionnant en régime de décollement tournant. Ce type de simulation est encore très coûteux en temps de calcul (près de 4000 heures sur un super calculateur NEC-SX6) mais permet d'estimer de façon précise le point d'émergence des instabilités. Il est alors possible d'imaginer dans le futur des systèmes capables de retarder, voir de supprimer, ces phénomènes et ainsi de concevoir des machines plus légères et moins polluantes.

Auteur : Nicolas Gourdain,
doctorant au département d'Aérodynamique appliquée

09.03.2005