Experimental study and active flow control in a single stage axial compressor during the transition to rotating stall
Analyse expérimentale et contrôle actif de l'écoulement dans un compresseur axial mono-étagée durant la transition vers le décrochage tournant
Résumé
Over the past decades, the aviation sector has continuously grown, and the number of passengers carried has increased considerably. At the same time, increasingly restrictive policies have been put in place to reduce our environmental impact, especially by reducing CO2 emissions. In this context, engine manufacturers try to design more efficient engines, leading to the use of operating points closer to the stability limits and to higher loading of the compressor stages. However, these regions are more sensitive to the onset of rotating stall, and manufacturers seek to avoid them by using large security margins. Two major problems must therefore be addressed, extending the operating range of the compressor by moving its stability limit and being able to know precisely the position of its operating point to reduce the security margin.Moreover, even if the phenomenon of rotating stall is now globally well understood, recent studies have highlighted new onset mechanisms. Thus, in order to correctly handle the two main challenges cited before, it is necessary to improve our knowledge of the underlying mechanisms of the phenomenon inception. This PhD thesis follows this approach by proposing a study of the rotating stall onset, and then the development and analysis of a surveillance and active flow control system, using continuous or pulsed jets, which aims at warning of the approach of sensitive areas and expanding the operating range of the compressor by preventing the onset of stall.
Durant la dernière décennie, le secteur aéronautique n’a cessé de croître et le nombre de passagers transportés a considérablement augmenté. En parallèle, des politiques de plus en plus restrictives ont été mises en place afin de diminuer notre impact environnemental notamment en réduisant les émissions de CO2. Dans cette optique, les motoristes cherchent à concevoir des moteurs plus efficaces, conduisant à l’utilisation de points de fonctionnement plus proches des limites d’opération et a un chargement des étages de compression plus important. Cependant, ces zones étant sensibles au déclenchement du décrochage tournant, les constructeurs cherchent à les éviter en fixant des marges de sécurités importantes. Deux problèmes majeurs doivent donc être traités : étendre la plage de fonctionnement du compresseur en éloignant sa limite de stabilité et être en mesure de connaître avec précision la position du point de fonctionnement de ce dernier afin de diminuer la marge de sécurité.Par ailleurs, même si le phénomène de décrochage tournant est aujourd’hui globalement bien compris, des études récentes ont mis en évidence de nouveaux processus de formation. Ainsi, afin de traiter au mieux les deux principaux enjeux liés au décrochage tournant, il est nécessaire d’approfondir les connaissances relatives à la physique de la formation du phénomène. Cette thèse s’inscrit dans cette démarche, en proposant une étude de la formation du décrochage tournant d’une part, ainsi que le développement et l’étude d’un système de détection et de contrôle actif de l’écoulement par jets continus ou pulsés, dont le rôle est de prévenir l’approche des zones à risque et d’étendre la plage de fonctionnement du compresseur.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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