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Modélisation du bruit d’écoulements de jeu en tête de pale des soufflantes de turboréacteurs

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Niveau requis : Master - Ingénieur (ou équivalent)
Date de début : 3 septembre 2018
Durée de la mission : 36 mois
Date limite des candidatures : 31 décembre 2018
Rémunération : CIFRE SAFRAN AIRCRAFT ENGINE

Contexte:

L’arrivée prochaine de nouvelles architectures de turboréacteur, caractérisé par des soufflantes à très haut taux de dilution ou par la présence de réducteurs, va engendrer l’émergence de nouvelle sources de bruit. Les écoulements au sein d’une turbomachine sont complexes et présentent des écoulements secondaires tridimensionnels. En particulier, on s’intéresse ici aux écoulements générés au voisinage de la tête des pales de la soufflante. Ces écoulements sont difficiles à modéliser et leur rôle dans la génération du bruit d'un étage de soufflante reste mal connu. Ce bruit a jusqu'à présent été considéré comme négligeable ou du moins de second ordre comparativement aux autres sources de bruit, tel que le bruit d'interaction rotor-stator. Les récents progrès en matière de calcul hautes performances ont permis d’identifier la Simulation aux Grandes Echelles (SGE ou LES en anglais) comme une solution numérique de nouvelle génération pour la simulation des écoulements turbulents à haut Reynolds en géométrie complexe. De plus, les derniers développements de méthodes numériques spécifiques au bruit de turbomachine permettent d'envisager la modélisation des écoulements secondaires en tête de pale par LES. Cela sera l'objet principal de la thèse qui visera une meilleure compréhension des phénomènes physiques à l'origine du bruit lié aux écoulements de jeu dans la soufflante d'un turboréacteur.

Description:

Compte tenu des éléments de contexte précédents et indépendamment des considérations liées aux pertes, les écoulements de jeux ont plusieurs conséquences sur le bruit aérodynamique des étages de soufflantes. Tout d’abord chaque zone de jeu émet un bruit propre qui provient soit de l'effet de jet que représente le flux transverse depuis l'intrados vers l'extrados soit de l'interaction instationnaire de l'enroulement du tourbillon de jeu avec la pale elle-même. Cette interaction contamine en général le coin de bord de fuite en extrémité de pale. De plus, selon le calage des pales le tourbillon de jeu peut s'écarter sensiblement de la pale et venir interagir avec la pale suivante, ce qui engendre un bruit d'interaction direct s'apparentant à du bruit d'impact de turbulence mais avec des caractéristiques spatio-temporelles différentes. Finalement, les écoulements de jeu se combinent avec les sillages pour produire une hétérogénéité d'écoulement tournante particulière dans la couronne de proche paroi. Cette hétérogénéité a une partie périodique et une partie aléatoire qui participent à la génération de bruit de raies et de bruit à large bande, respectivement, lors de son interaction avec les aubes de stator. Cette source pourrait prendre davantage d'importance dans les nouvelles architectures de moteurs à grand diamètre et à distance rotor-stator réduite.

L'objectif de ce travail de thèse est donc d’étudier ces trois types de bruit par la conduite de simulations numériques instationnaires résolues des écoulements de jeu. La finalité de ces travaux est la définition d'un modèle instationnaire (dynamique) de tourbillon de jeu à partir du résultat des simulations numériques, éventuellement enrichi par des données expérimentales.

La thèse décrite ici sera effectué au LMFA à Lyon et au CERFACS à Toulouse, en partenariat avec SAFRAN AIRCRAFT ENGINE.

Le candidat doit postuler sur le site de SAFRAN:
https://www.safran-group.com/fr/emploi/modelisation-du-bruit-decoulements-de-jeu-en-tete-de-pale-des-soufflantes-de-turboreacteurs-h-f/64897

Contacts:

Name: Michel Roger

Phone: 04 72 18 60 11

Email: michel.roger@ec-lyon.fr

Name: Guillaume Daviller

Phone: 05 61 19 31 10

Email: daviller@cerfacs.fr

Liste de Références:

[1] Grilliat, J., ‘Contribution à l’étude aéroaoustique des écoulements de jeu’, PhD thesis 2009
[3] Boudet, J., Caro, J., Li, B., Jondeau, E. & Jacob, M.C., Zonal large-eddy simulation of a tip leakage flow, International Journal of Aeroacoustics, 15(6-7), 646-661, 2016.
[5] Li B., ‘Aerodynamic and acoustic analysis of the tip-leakage flow on a single airfoil’, PhD thesis, 2016.
[6] Greschner, B. and Neuber, G. and Thielez, F., ‘Simulation of Rotor Tip Leakage Vortex Broadband Noise using IDDES’, 19th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference, AIAA 2013-2152, 2013.