Optimisation du carénage d’aube de turbine intégré dans la phase de conception préliminaire

Résumé

Le carénage d’aube de turbine permet d’augmenter l’efficacité aérodynamique du rotor en réduisant l’écoulement de fuite en extrémité de pale. Plus le carénage est grand, entre le bord d’attaque et le bord de fuite, plus l’écoulement est affaibli, mais plus les contraintes mécaniques sont importantes. Surtout deux contraintes sont impactées : la concentration de contrainte dans le rayon de raccordement entre le carénage et la pale et la contrainte sur la surface supérieure de la pale due à la masse du carénage en rotation. Pour réduire cette première contrainte il est possible d’augmenter la valeur du rayon, cependant cela augmente la masse en extrémité de pale et donc la contrainte associée. Dans ce contexte, ce travail de maîtrise a permis de développer une méthode permettant d’évaluer rapidement un point optimal, pour les valeurs de la taille du carénage et du rayon, respectant les contraintes associées, et ce pour tout modèle de rotor ayant une pale carénée. Cette méthode est adaptée au cadre de développement, c’est-à-dire à l’environnement du logiciel d’automatisation de conception préliminaire implémenté chez Pratt & Whitney Canada. Le processus est le suivant : à partir d’une géométrie de rotor l’algorithme effectue plusieurs analyses mécaniques dans CATIA, ce qui permet de réaliser des interpolations et de déterminer l’espace des ensembles admissibles pour enfin extraire le point correspondant à la taille de carénage la plus grande. Les simulations reposent sur une géométrie de rotor allégée : l’aube et son carénage. Les résultats de ces simulations ont été comparés aux résultats obtenus avec la procédure usuelle : les écarts relatifs ne dépassent pas 4%, ce qui est satisfaisant pour la phase de conception préliminaire. De plus le gain de temps est considérable : 10 minutes pour le processus habituel contre 1 minute pour les simulations allégées. Le procédé développé montre qu’un dimensionnement local et ciblé, limitant ainsi le nombre de paramètres et de contraintes, répond rapidement et précisément au problème. Toutefois le choix des paramètres variables est crucial, d’où l’importance de l’étude de l’influence des paramètres présentée dans ce mémoire. Cette méthode d’optimisation contribue à la phase de conception préliminaire du carénage pour réduire le temps de conception et gagner en précision tout en assurant la robustesse du procédé.

Date	3 août 2020
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Saïd Hany Moustapha (Directeur(-trice)) & Marlène Sanjosé (Codirecteur(-trice))