Pour répondre aux challenges des motoristes aéronautiques concernant l'optimisation des performances des turboréacteurs, il est nécessaire de s'intéresser à la maîtrise des jeux entre rotor et stator. Une solution technologique couramment employée consiste à déposer un revêtement, dit abradable, par projection thermique sur les parois internes du carter. L'objectif est de réduire le jeu à l'extrémité des aubes tournantes tout en garantissant la fiabilité de la turbomachine en cas de contact. Le matériau utilisé offre des propriétés d'abradabilité, jouant le rôle de fusible afin de préserver les étages mobiles du moteur lors d'éventuelles interactions. Cependant, certaines conditions de fonctionnement défavorables peuvent conduire à l'endommagement des structures suite à des phénomènes vibratoires divergents résultants des interactions, des échauffements sévères localisés et une usure du revêtement. L'approche dynamique est insuffisance pour expliquer ces phénomènes et nécessite d'être complétée avec l'introduction des aspects thermomécaniques dans l'étude des conditions de contact aube-abradable. En effet, les phénomènes dynamiques sont couplés aux phénomènes thermomécaniques [1], les dilatations thermiques résultent directement des échauffements et peuvent modifier les mécanismes physiques au contact. L'objectif est de proposer des outils de modélisations numériques pour représenter les physiques thermiques et mécaniques mises en jeu.

La compréhension des phénomènes thermomécaniques suggère une approche énergétique locale de l'interaction [2,3] pour quantifier notamment la part d'énergie générée qui est convertie en chaleur. Les premiers éléments de réponse ont été apportés avec la réalisation d'essais expérimentaux pour reproduire une configuration simplifiée d'interaction entre une aube en titane et un tambour rotatif recouvert d'abradable selon le dispositif développé dans [4]. Des méthodes directes de recalage en flux permettent de remonter aux quantités de chaleur et de suivre l'évolution de la partition du flux entre les deux corps en interaction. Différentes configurations d'interaction ont été étudiées pour prédire l'influence des paramètres procédés et matériaux qui pilotent la distribution de flux de chaleur et qui sont à considérer dans le cadre de simulations thermomécaniques.

Le partage de flux est introduit dans une approche numérique thermomécanique en éléments finis découplée afin d'étudier l'influence des dilatations thermiques sur la dynamique du contact rotor-stator. La participation des phénomènes thermomécaniques est mise en évidence avec la simulation d'essais d'interaction types. Les échauffements localisés en surface d'abradable conduisent à postériori à des déformations d'ensemble résultant de la diffusion du gradient thermique dans le reste du carter. Les dilatations thermiques sont prises en compte pour mettre à jour la géométrie déformée du carter dans la résolution du problème dynamique de contact. Les effets sur la dynamique ne sont pas instantanés car les dilatations thermiques ne sont pas maximales sous le contact, et peuvent s'amplifier dans le temps avec le cumul d'énergie. L'ouverture ou la fermeture du jeu sont conditionnées par le temps de diffusion, la forme du chargement thermique à l'interface, la géométrie du carter et les conditions aux limites considérées.

Les échelles spatiales et temporelles des dilatations thermiques sont étudiées sur des dynamiques plus complexes mettant en jeux des essais d'interaction échelle 1 entre un disque complet aubagé et son carter. L'objectif à terme est d'essayer d'expliquer les conditions qui différencient les cas d'interaction divergents et non-divergents sur la divergence vibratoire. 

Références

[1] A. Millecamps et al. (2009) « Influence of thermal effects during blade-casing contact experiments. », In ASME 2009 , 855–862. American Society of Mechanical Engineers

[2] W.F Laverty. (1982) « Rub energetics of compressor blade tip seals. », Wear, 75(1):1–20

[3] M. Banjac, A. Vencl, S. Otović. (2014) « Friction and Wear Processes – Thermodynamic

Approach. », Tribology in Industry, Vol. 36, No. 4 (2014) 341‐347

[4] R. Mandard and al. (2015) « Identification expérimentale des mécanismes d'accommodation de l'incursion aube-abradable », JIFT 2015