TURBOMACHINES AXIALES
TURBOMACHINES AXIALE. Des objectifs contradictoires. Puissance (maxi pour
une turbine). Poussée (mini pour un compresseur). Performances ...
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TURBOMACHINES AXIALE
Des objectifs contradictoires
* Puissance (maxi pour une turbine)
Poussée (mini pour un compresseur)
Performances (consommation spécifique)
* Volume minimum
. Surface frontale minimum (trainée externe ()
( flux de masse/unite de surface élevé
( vitesse axiale élevée
( vitesse de rotation élevée
Pb de compressibilité
Pb de résistance mécanique
. Longueur minimale (poids ( et trainée de frottement ()
( nombre d'étages reduit taux de compression par étage élevé avec bonne
efficacité ( pb de décrochage et pb de décollement par choc)
* Fiabilité et simplicité de construction
( Pb de vibration et fatigue
( Pb de maintenance
( Pb de cout
Compresseur axial
|[pic] | |
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| |Assumer: |
| |[pic] |
Données
- taux de compression
- débits
- pression totale et température totale à l'entrée
Choix
- forme de la veine
- nombre d'étages et distribution de la charge entre les étages
- degré de réaction (répartition entre rotor et stator)
- évolutions radiales des angles
- nombre d'aubes et allongement
[pic]
[pic] [pic]
[pic]
Relations avec
- la charge par étage
[pic]
- le degré de réaction
[pic]
Compresseur axial avec conservation de la vitesse axiale
[pic]
[pic]
Théorème d'Euler: [pic]
[pic]
[pic]
[pic]
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|[pic] | |
| |[pic] |
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|[pic] | |
| |[pic] |
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|[pic] | |
| |[pic] |
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|[pic] | |
| |[pic] |
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|[pic] | |
Les trois schéma ci-dessous illustrent cet énonce
|1er cas |2ème cas |3ème cas |
|[pic] | | |
| |[pic] |[pic] |
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
Compresseur à écoulement amont supersonique
Notion d'incidence unique
[pic]
L'écoulement supersonique dans le domaine ABA' est completement determiné
par la donnée du mach amont M1 et de la portion AB du profil.
Conservation du débit
[pic]
fonction de [pic] et [pic] larsque la portion AB du profil est donnée
[pic] Pour une grille supersonique (aimorcée) on ne peut pas imposer à la
fois le Mach amont [pic] et l'incidence [pic].
......
..... ISENTROPIQUE
Rendement [pic]
Mais [pic]
car [pic] par hypothèse
[pic]
[pic] [pic]
En introduisant le coefficient de débit [pic]
[pic]
Le colcul d'equilibre radial qui pournit l'evolution radiale des angles
absolus ([pic] ) ou relatifs ([pic]) dépend des pertes
. pertes par frottement sur les profils
. pertes par choc
. pertes par 'écoulements secondaires'
< couches limites moyeux et carter
< jeux
. pertes de culot dues à l'épaisseur finiz des bords de fuite.
( Determination du rendement d'étage
-A- ROTOR
Coefficient de perte [pic]
Hypothèse d'incompressibilité [pic]
[pic]
Mais [pic] [pic]
Et [pic]
[pic]
Soit [pic]
[pic]
-B- STATOR
Coefficient de perte [pic]
Hypothèse: incompressibilité [pic]
[pic]
Mais [pic]
Comme [pic]
[pic]
[pic]
OPTIMISATION de [pic] en fonction du degré de réaction [pic]
Hypothèse On se donne
. la charge par étage [pic]
. le coefficient de débit [pic]
On cherche [pic] optimum en fonction de [pic]
1. On sait que
[pic]
donc [pic] (et [pic])
2. On calcule le facteur de diffusion D en fonction de [pic] et [pic]
3. On en déduit [pic]
[pic]
[pic]
[pic]
Fonctionnement hors adaptation
Hypothèse Compresseur défini pour [pic] fixé (conditions nominales)
[pic] [pic] donné par [pic]
et [pic] donné par [pic]
[pic] constants on fait varier [pic]
1. [pic]
[pic]
Quand [pic] ( la charge [pic] (
2. On a [pic]
[pic] Quand [pic] [pic] [pic]
3. On a [pic]
[pic] Quand [pic] [pic] [pic]
4. On a [pic]
[pic] Quand [pic] [pic] [pic]
5. On a [pic]
[pic] Quand [pic] [pic] [pic]
|Si le coefficient de débit [pic] |
|[pic] |
La charge ( mais les angles incidents sur la roue ([pic]) et le redresseur
([pic]) ( et les ralentissements dans les grilles deviennent plus sévères
[pic] risque d'instabilité et POMPAGE
Problème: [pic] est trop grand
Remède augmenter [pic]
[pic] Directrice d'ent à calage varial (ou redresseur à calage variable)
Ventelles ou vannes d'antipompage
[pic]
PERFORMANCES
Diagramme compresseur
[pic]
La ligne de pompage divise le champ compresseur en 2 domaines:
stable/instable
Les différents fonctionnement instables:
1. Décollement tournant
[pic]
Mécanisme
- Décollement extrados aube 1
- Blocage du passage entre 1 et 2
- Déviation de l'écoulement incident sur l'aube 2
- Augmentation de l'incidence aube 2
- Décollement extrados aube
- etc...
Le décollement tournant [pic] fluctuation spatiale du débit (une fraction
du rotor est décollée) mais il n'y a pas de fluctuation temporelle du débit
moyen (régime stationnaire pour le débit globe)
2. Pompage
[pic] Fortes fluctuation du débit et du taux de compression dues à des
décollement sur les aubes ou sur les carters
3. Flottement
Couplage entre excitation aérodynamique et vibrations des aubes. La
fréquence propre des aubes foue un role important
|[pic] |[pic] |
|déteste |Compression |
|[pic] |[pic] |
|Maximum de vitesse à l'extrados vers |Maximum de vitesse près du bord d'...|
|l'arrière du profil | |
|[pic] CL laminaire | |
| |[pic] CL turbulent + recompression |
| |progressive .... |
CRITERES DE POMPAGE
[pic]
La "marge de pompage" [pic] temps d'accélération du moteur
Facteurs influencant le pompage
1. Facteurs internes
A/ Facteur de diffusion ( 0.6
[pic]
B/ Pour les décollements parietaux sur les carters
[pic]
C/ Stator à calage variable pour réadapter les incidences sur les rotors
à faible régime ('fermeture' au ralenti)
2. Facteurs externes
Pompage lié aux hétérogénéités
|[pic] | |
|Vent de travers | |
|Avion civil | |
| |[pic] |
| |Décollement dans les entrées d'air à grande |
| |incidence |
| |Avion de combat |
Quelques ordres de grandeurs
1. Conditions sur la triangulation
A/ Mach incidence sur le rayon mini (diminution des pertes secondaires)
[pic]
B/ Ralentissement
- Sur les aubes [pic]
- Pour la Cl sur les carters [pic]
C/ Déviation (phénomènes secondaires)
- en subsonique: [pic] à [pic]
- en supersonique: quelques degrés
2. Vitesse axiale à l'entrée
[pic]
[pic] pour [pic]
et [pic]
[pic]
[pic] limi