Automation of a turbine tip clearance preliminary calculation process

Résumé

La conception d’un turboréacteur est un processus itératif et multidisciplinaire qui requiert une interaction efficace entre les outils et processus des différentes disciplines impliquées afin d’obtenir le meilleur compromis possible. La conception de ces moteurs d’aéronefs comprend deux étapes principales: les phases de conception préliminaire et détaillée. Pendant la première phase, le temps est la principale contrainte ce qui peut impacter la précision des résultats. Cela peut compromettre la capacité de l’ingénieur à explorer complètement tous les designs potentiels et cela pourrait donc mener à la sélection d’un assemblage non-optimal. Étant donné le temps requis pour effectuer les analyses durant la phase de conception détaillée, il y est très difficile de corriger un concept insatisfaisant. L’utilisation de techniques d’optimisation multidisciplinaire (MDO en anglais) durant la phase de conception préliminaire (PMDO) permet de résoudre ce problème en investissant plus d’efforts tôt dans le processus de conception afin de prévenir la sélection d’un concept insatisfaisant. L’implémentation d’un système de PMDO requiert de produire autant de données que possible au début de la conception puisque c’est durant cette phase que la liberté de modifier le design est maximale. Cela impose d’utiliser des outils de plus haute fidélité qui communiquent efficacement entre eux. Étant donné l’impact du jeu à l’extrémité des aubes de la turbine sur l’efficacité d’un turboréacteur, avoir un outil permettant de prédire efficacement celui-ci est une étape nécessaire dans l’implémentation d’un système de PMDO pour la turbine. De plus, la prédiction de ce jeu est un bon candidat pour l’implémentation de pratiques de PMDO à plus petite échelle étant donné que celle-ci requiert différentes sortes d’analyses menées à la fois sur le rotor et le stator. Cette thèse présente les résultats obtenus grâce au développement d’un processus automatisé exécutant des analyses de température et de contraintes sur le rotor et le carter de la turbine, et menant au calcul de la variation du jeu en bout d’aube de la turbine durant une mission de vol donnée ainsi qu’à la prédiction du jeu nécessaire à froid. Afin d’automatiser les analyses effectuées sur le rotor et le carter, le processus proposé intègre un calculateur de conditions aux frontières et interagit avec un générateur de système d’air secondaire simplifié ainsi qu’avec plusieurs outils de conception basé sur des modèles CAD paramétrés. Comparé à un processus préliminaire régulier de prédiction du jeu en bout d’aubes, le processus proposé offre une amélioration considerable de la précision des résultats puisqu’ils se sont révélés être proches de ceux générés durant la phase de conception détaillée et utilisés comme objectifs. De plus, ce processus de conception s’est révélé être plus rapide qu’un processus préliminaire régulier tout en menant à une réduction du temps nécessaire durant la phase de conception détaillée. Le système étant automatisé et plus rapide que celui d’un processus régulier d’étude préliminaire, il a été possible d’effectuer des itérations afin d’obtenir la mission de vol la plus critique en terme de fermeture du jeu en bout d’aubes. Le système proposé a également permis d’effectuer une analyse de sensibilité ciblée qui a amené à l’identification de plusieurs paramètres d’importance lors de l’optimisation du jeu en bout d’aubes. Finalement, requérant moins de données de la part de l’utilisateur, ce système réduit le risque d’erreurs humaines tout en laissant les décisions importantes au designer.

Date	8 juin 2018
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Saïd Hany Moustapha (Directeur(-trice)) & François Garnier (Codirecteur(-trice))