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Theses Year : 2011

Integration of the thermomechanical behaviour of parts in tolerancing analysis: application to a helicopter turboshaft engine turbine

Intégration du comportement thermomécanique des pièces dans l'analyse des spécifications géométriques : application à une turbine de moteur d'hélicoptère

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Abstract

The performance of a helicopter engine is strongly correlated to the performance of the high pressure turbine, and particularly to the influence of the different components. The energy efficiency of a high pressure turbine is guaranteed by controlling the clearance between the top of the blades and the stator during the operating cycle of the turbine. The objective of this work is to propose a multi-physics approach based on operations on polytopes (Minkowski sum and intersection) to validate the geometric specifications, contact specifications and thermomechanical specifications. These specifications ensure a limit of the leakage section at the top of the blades for a minimal touch risk. A polytope simulates the geometric variations between two surfaces of the same part; moreover a contact polytope simulates the geometric variations between two surfaces potentially in contact. The topological structure of the contacts within the turbine is formalized by a connected graph. This structure helps to define the Minkowski sums and intersections of polytopes resulting from the propagation of the geometric deviations through the turbine. The geometric deviations induced by the thermomechanical strains are estimated by the finite element method. These works give elements of decision to the designer on the influence of design choices, especially the influence of part shapes and of behaviour of joints, on the operation of the turbine.
La performance d'un moteur d'hélicoptère est fortement corrélée à la performance de la turbine haute pression, et plus particulièrement à l'influence des différents composants constitutifs. Le rendement énergétique d'une turbine haute pression est garanti par la maîtrise des jeux entre les sommets des aubes et le stator durant tout le cycle de fonctionnement de la turbine. L'objectif de ces travaux est de proposer une méthode à caractère multiphysique reposant sur des opérations de polytopes (somme de Minkowski et intersection) permettant de valider des spécifications géométriques, des spécifications de contacts et des spécifications thermomécaniques. Ces spécifications garantissent une limite de la section de fuite en sommets d'aubes pour un risque de touche minimal. Un polytope permet de simuler les variations géométriques entre deux surfaces d'une même pièce, de surcroît un polytope de contact permet de simuler les variations géométriques entre deux surfaces potentiellement en contact. La structure topologique des contacts de la turbine se formalise par un graphe de contacts à une composante connexe. Cette structure permet de définir les sommes de Minkowski et les intersections des polytopes traduisant la propagation des écarts géométriques à travers la turbine. Les écarts géométriques d'origine thermomécanique sont évalués par la méthode des éléments finis. Ces travaux donnent au concepteur des éléments de décision sur l'influence des choix de conception, en particulier l'influence des formes de pièces et du comportement des liaisons, sur le fonctionnement de la turbine.
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Dates and versions

pastel-00594317 , version 1 (19-05-2011)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00594317 , version 1
  • PRODINRA : 246102

Cite

Laurent Pierre. Intégration du comportement thermomécanique des pièces dans l'analyse des spécifications géométriques : application à une turbine de moteur d'hélicoptère. Mécanique [physics.med-ph]. Arts et Métiers ParisTech, 2011. Français. ⟨NNT : 2011ENAM0008⟩. ⟨pastel-00594317⟩
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