Calcul d'une turbine HP de turboréacteur par éléments finis.

Abstract

Au cours ce travail, nous nous sommes intéressés aux aubes de turbine à usage aéronautique (turboréacteurs). Nous avons dans un premier temps réalisé la maquette numérique (sous SolidWorks) d'une aube de turbine. Ce travail fût fastidieux car peu de données sont disponibles sur la géométrie des aubes. Un travail de recherche important a du être réalisé dans ce sens afin d'obtenir une géométrie réaliste. Après avoir calculé les caractéristiques principales du flux de gaz traversant notre turbine, nous avons été en mesure de déterminer les chargements thermiques et mécaniques s'appliquant sur notre composant. Une étude thermique a été réalisée en utilisant le logiciel ANSYS-Workbench. Nous avons ainsi appliqué la distribution de températures précédemment calculée sur notre aube en simulant un phénomène convectif. Des recherches bibliographiques nous ont permis de cadrer le coefficient d'échange convectif qui s'applique à notre cas. Ainsi, plusieurs simulations ont été réalisées afin d'estimer la répartition de températures et de contraintes résultantes sur notre aube. Celles-ci sont restés à un niveau acceptable dans tous les cas. Par la suite, nous avons réalisé un calcul permettant d'estimer la force centrifuge s'appliquant à notre aube et résultant de la rotation du disque à grande vitesse. Un premier calcul avec une application surfacique de la force centrifuge a été réalisé. Un autre modèle a été développé en appliquant une accélération au lieu d'une force. Celui-ci a donné de bien meilleurs résultats. Le calcul avec accélération a été considéré comme plus fiable, car il prend en compte une répartition volumique de l'effort centrifuge au lieu de son application localisée sur une surface. Ce concept est plus proche de la réalité physique du problème. Ce projet nous a permis de nous familiariser avec un domaine inconnu pour nous jusqu'à lors. Il a nécessité beaucoup de recherches bibliographiques et une maitrise de l'anglais technique. Nous retiendrons de ceci la difficulté de collecter des donnée viables concernant les géométries des aubes et les caractéristiques des moteurs, ce qui peut s'expliquer par la sensibilité du domaine traité, qui est souvent soumis au secret industriel, voir militaire. Nous retiendrons également la difficulté de réaliser le calcul thermique, particulièrement par le choix des conditions aux limites appropriées. Une perspective de ce travail pourrait être de réaliser un calcul en mécanique des fluides, incluant la température et la compressibilité du gaz, afin d'extraire la cartographie de pression qui s'applique sur la pale. Celle-ci pourrait ensuite être introduite dans un calcul de structures afin d'estimer les contraintes engendrées.