Etud

e nu

mér

ique

et e

xpér

imen

tale

d’u

n co

mpr

esse

ur a

spiré

GO

DA

RD

Ant

oine

–O

NE

RA

–D

AA

PB

UR

GU

BU

RU

Sté

phan

e–

ON

ER

A –

DA

AP

LEB

ŒU

F Fr

anci

s –

Eco

leC

entra

leLy

on –

LMFA

–U

MR

550

9 C

NR

SB

AR

IOFr

anço

is –

Eco

leC

entra

leLy

on –

LMFA

–U

MR

5509

CN

RS

23/1

0/20

07

Réun

ion

GDR

2502

3

Plan

de

la p

rése

ntat

ion

I –In

trod

uctio

n au

pro

blèm

e

II–R

éalis

atio

n ex

périm

enta

les

actu

elle

s

III–

Diff

useu

r asp

iréIII

-1–

Mét

hodo

logi

e

III-2

–R

ésul

tats

III-3

–C

oncl

usio

ns e

t per

spec

tives

IV –

Gril

le a

spiré

eIV

-1–

Mét

hodo

logi

e

IV-2

–R

ésul

tats

IV-3

–C

oncl

usio

ns e

t per

spec

tives

4

I -In

trod

uctio

n au

pro

blèm

e

TTO

-DA

RPA

Tec

h 99

TTO

-DA

RPA

Tec

h 99

AFR

L-00

étag

e cl

assi

que

étag

e as

piré

enco

mbr

emen

t

mas

se

coût

s

La c

once

ptio

n ac

tuel

le d

es c

ompr

esse

urs

de tu

rbor

éact

eurs

dem

ande

des

taux

de

com

pres

sion

plu

s él

evés

par

éta

geC

epen

dant

des

pro

blèm

es d

e co

uche

lim

ite a

ux p

aroi

s su

bsis

tent

L’as

pira

tion

des

couc

hes

limite

s pa

riéta

les

perm

et d

’aug

men

ter l

a ch

arge

aé

rody

nam

ique

des

com

pres

seur

s (~×2

)

5

Val

oris

atio

n de

l’ai

r asp

irépo

ur le

refro

idis

sem

ent d

es p

alie

rs e

t tur

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HP

Exp

ansi

on d

u do

mai

ne d

e co

ncep

tion,

app

ariti

on d

e no

uvel

les

cont

rain

tes

Vis

ion

diffé

rent

e de

l’ar

chite

ctur

e m

oteu

r

Néc

essi

téde

déf

inir

de n

ouve

aux

critè

res

et n

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lles

mét

hode

s de

con

cept

ion

refro

idis

sem

ent

I -In

trod

uctio

n au

pro

blèm

e

6

NA

SA-G

RC

AFR

L-00

Com

pres

seur

sup

erso

niqu

e as

piré

(MIT

/NA

SA),

RPi

= 3,

4 ; M

= 1

,5 NASA-GRC

Com

pres

seur

sub

soni

que

aspi

ré(M

IT),

RPi

= 1,

6 ; M

= 0

.95

MIT

MIT

II–

Réa

lisat

ions

exp

érim

enta

les

actu

elle

s

7Prob

lèm

esP

ositi

on fe

nte

très

sens

ible

aux

con

ditio

ns d

e fo

nctio

nnem

ent (

déco

llem

ent)

Taux

d’a

spira

tion

dépe

nd d

es c

arac

téris

tique

s de

cou

che

limite

diffu

seur

2D

para

mét

réen

cou

rbur

e et

diff

usio

nC

alcu

ls R

AN

S, t

urbu

lent

s, s

tatio

nnai

res

de M

e =

0,55

à0,

85

Stra

tégi

e de

con

trôl

e de

l’éc

oule

men

t

Cas

d’é

tude

Con

trôl

e pa

ssif

:ren

dre

la p

ositi

on d

u po

int d

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colle

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t ins

ensi

ble

àM

eav

ec c

ourb

ure

et d

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ion

pres

crite

s

Con

trôl

e “a

ctif”

:dét

erm

iner

la p

ositi

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min

imis

ant l

e ta

ux d

’asp

iratio

n né

cess

aire

au

reco

llem

ent (

taux

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cace

)

Obj

ectif

spo

sitio

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taux

d’a

spira

tion

cour

bure

, diff

usio

n

III-D

iffus

eur a

spiré

Mét

hodo

logi

e

8

S

s C

s/S

κ/A

e

A/A

e

Ae

As

Type

II

TypeI

Ae

As

c κ=

20

c κ=

5

Diff

useu

r cou

dé, p

aram

étré

en c

ourb

ure

et d

iffus

ion

Cou

rbes

de

Béz

ier

Dév

iatio

n : 7

0°Fi

xe :

As/A

e=

2V

aria

ble

: Cκ=

S /

s c

s/S

c κ=

20c κ

= 10

c κ=

5

cour

bure

κ

diffu

sion

A

III-D

iffus

eur a

spiré

Mét

hode

s nu

mér

ique

s (1

/2)

TypeI

9

Mai

llage

sch

imèr

epo

ur c

onfig

urat

ions

asp

irées

Diff

useu

r: 3

45×4

5 po

ints

Fent

e: 6

5×81

poi

nts

y+=

0,6

(moy

enne

)M

odèl

ede

turb

ulen

ce :

RS

M -

SS

G

III-D

iffus

eur a

spiré

Mét

hode

s nu

mér

ique

s (2

/2)

10

MAve

c as

pira

tion

Cq

= 3.

1 %

a

M

b c

Sans

asp

iratio

n

III-D

iffus

eur a

spiré

Rés

ulta

ts (1

/2)

C κ=

20 ⇒

∆sd

≤0,5

%*S

11

Varia

tions

de

Cq

en fo

nctio

n de

la p

ositi

on d

e fe

nte

et d

e M

e

III-D

iffus

eur a

spiré

Rés

ulta

ts (2

/2)

Cq

= 3,

6%C

q=

3,1%

Cq

= 3,

9%di

ffusi

on ty

pe II

Cq

= 3,

2%C

q=

3,2%

Cq

= 3,

8%di

ffusi

on ty

pe I

posi

tion

« c

»po

sitio

n «

b»

posi

tion

« a

»

Cq

= 3,

1%C

q=

3,2%

Cq

= 3,

2%di

ffusi

on ty

pe II

+pos

ition

« b

»

Cq

= 3,

2%C

q=

3,2%

Cq

= 3,

2%di

ffusi

on ty

pe I

+pos

ition

« b

»

Me =

0.75

Me =

0.65

Me =

0.55

La p

ositi

on o

ptim

ale

d’as

pira

tion

est j

uste

apr

ès le

déc

olle

men

t

Le ta

ux e

ffica

ce d

’asp

iratio

n es

t qua

si in

sens

ible

au

nom

bre

de M

ach

amon

t

12

Une

forte

cou

rbur

e et

une

forte

diff

usio

n co

uplé

es:

-re

stre

igne

nt la

mig

ratio

n du

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nt d

e dé

colle

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t àun

inte

rval

le é

troit

-dé

term

inen

t la

posi

tion

du p

oint

de

déco

llem

ent

-dé

term

inen

t le

taux

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cace

d’a

spira

tion

(car

acté

ristiq

ues

de c

ouch

e lim

ite)

-re

nden

t le

taux

d’a

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quas

i ins

ensi

ble

au n

ombr

e de

Mac

h en

trée

La g

éom

étrie

des

bor

ds d

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est a

ussi

impo

rtant

e

La s

traté

gie

de c

once

ptio

n fo

urni

t un

cont

rôle

de

l’éco

ulem

ent p

ertin

ent

III-D

iffus

eur a

spiré

Con

clus

ions

et p

ersp

ectiv

es

13

Diff

useu

r : 3

45×4

5 pt

sFe

nte

: 63×

97 p

tsy+

= 0,

6 (m

oyen

ne)

Mod

èle

de tu

rbul

ence

: R

SM

-S

SG

Mai

llage

sch

imèr

epo

ur c

onfig

urat

ions

asp

irées

III-D

iffus

eur a

spiré

Rés

ulta

ts c

ompl

émen

taire

s (1

/2)

14

Con

tour

s de

nom

bre

de M

ach

Cq

:3.1

%

2

.6 %

Les

bord

s ar

rond

is d

imin

uent

le ta

ux d

’asp

iratio

n

III-D

iffus

eur a

spiré

Rés

ulta

ts c

ompl

émen

taire

s (2

/2)

15

IV -

Gril

le a

spiré

eM

étho

dolo

gie

Prob

lèm

esD

éter

min

er le

s no

uvel

les

limite

s de

l’es

pace

de

conc

eptio

nA

dapt

er le

s m

étho

des

num

ériq

ues

pour

gén

érer

les

prof

ils

grille

2D

para

mét

rée

en c

ourb

ure

et d

iffus

ion

Cal

culs

RA

NS

, tur

bule

nts,

sta

tionn

aire

s à

Me =

0,5

; pou

r une

dév

iatio

n de

60°

Stra

tégi

e

Cas

d’é

tude

Obj

ectif Con

cevo

ir un

e gr

ille d

’aub

es p

lane

asp

irée

forte

men

t cha

rgée

Met

tre e

n pr

atiq

ue le

s ré

sulta

ts o

bten

us a

vec

le d

iffus

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App

rofo

ndir

l’étu

de b

iblio

grap

hiqu

e su

r les

éco

ulem

ents

déc

ollé

s et

la

conc

eptio

n d’

auba

ges

16

IV -

Gril

le a

spiré

eC

once

ptio

n av

ec a

spira

tion

tan

(λ) =

3* [d

τ w/d

x] /

[dP

/dx]

cour

bure

+ d

iffus

ion

Con

figur

atio

n dé

collé

e sa

ns a

spira

tion

Con

figur

atio

n «

reco

llée

»av

ec a

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tion

Forte

var

iatio

n de

cou

rbur

e ⇒

rest

rein

t la

varia

tion

le p

oint

de

déco

llem

ent

Forte

diff

usio

n ⇒

déte

rmin

e la

pos

ition

du

poin

t de

déco

llem

ent

Taux

de

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sion

& m

inim

um d

e co

urbu

re ⇒

déte

rmin

ent l

’ang

le in

itial

λdu

dé

colle

men

t

Asp

iratio

n ⇒

eloi

gne

les

ligne

s de

cou

rant

de

la p

aroi

opp

osée

⇒ris

que

de

déco

llem

ent i

ntra

dos ⇒

limite

le ta

ux d

’asp

iratio

n

λ

Le g

radi

ent d

e pr

essi

on d

oit é

quilib

rer l

e gr

adie

nt d

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ntra

inte

s à

la p

aroi

Pour

lim

iter l

’ang

le d

e dé

colle

men

t

(AG

AR

DR

-741

)

17

IV -

Gril

le a

spiré

eM

étho

des

num

ériq

ues

(1/3

)

extra

dos

Prof

il as

piré

para

mét

réen

cou

rbur

e et

diff

usio

ndi

ffusi

on

intra

dos

18

IV -

Gril

le a

spiré

eM

étho

des

num

ériq

ues

(2/3

)

Cou

rbes

B-s

plin

es

x κm

in/ c

= 0

.43

α 1=

+60°

, α2

= 0°

, ∆α

= 60

° γ

= 26

°σ

= 2,

48σ a

xial

e=

1,98

Me

nom

inal

= 0

,5C

p

Cax

iale

γ

Car

acté

ristiq

ues

de la

gril

le

19

IV -

Gril

le a

spiré

eM

étho

des

num

ériq

ues

(3/3

)M

ailla

ges

chim

ère

pour

con

figur

atio

ns a

spiré

es

Can

al+a

ube

: 270

00pt

sFe

nte

: 300

0pt

sy+

= 1

(moy

enne

)M

odèl

e de

turb

ulen

ce :

RS

M -

SS

G

20

IV -

Gril

le a

spiré

eR

ésul

tats

san

s as

pira

tion

Nom

bre

de M

ach

-Nom

inal

Non

con

verg

ence

des

cal

culs

RA

NS

dus

aux

forts

déc

olle

men

ts

x d/ c

= 0

.425

; x Κ

min

/ c =

0.4

3

21

IV -

Gril

le a

spiré

eR

ésul

tats

ave

c as

pira

tion

(1/4

)

D =

1 –

0,45

+ 0

,16

= 0,

71

Nom

bre

de M

ach

-Nom

inal

Con

verg

ence

des

cal

culs

dus

àla

rédu

ctio

n du

déc

olle

men

t

Cq

:1.5

%

22

Influ

ence

de

l’asp

iratio

n à

l’am

ont d

e la

fe

nte

jusq

u’à

20%

de

cord

e

III-G

rille

asp

irée

Rés

ulta

ts a

vec

aspi

ratio

n (2

/4)

Coe

ffici

ent d

e pr

essi

onC

p -N

omin

al

fent

e

Forte

ac

célé

ratio

n ju

ste

à l’a

mon

t de

la fe

nte

Cré

atio

n et

dé

velo

ppem

ent

d’un

e no

uvel

le

couc

he li

mite

à

l’ava

l de

la fe

nte

23

IV -

Gril

le a

spiré

eR

ésul

tats

ave

c as

pira

tion

(3/4

)

fent

e

Varia

tion

de C

q, ω

et D

F av

ec M

e

Me

= 0,

5

Me

= 0,

6

Me

= 0,

7Le

taux

d’a

spira

tion

est q

uasi

in

sens

ible

àM

epo

ur u

ne

mêm

e dé

viat

ion

0,75

0,73

0,71

DF

2,0%

1,9%

2,1%

ω1,

5%1,

5%1,

5%C

q

α 1=6

0°

0,7

0,6

0,5

Me

Pou

r un

ni

veau

de

pe

rtes

cana

l équ

ival

ent

24

IV -

Gril

le a

spiré

eR

ésul

tats

ave

c as

pira

tion

(4/4

)Va

riatio

n de

Cq,

ωet

DF

avec

α1

Prés

ence

d’u

n dé

colle

men

t à

l’intra

dos

⇒de

s pe

rtes

cana

l

Dim

inut

ion

des

perte

s ca

nal

au

prix

d’u

ne tr

ès fo

rte a

spira

tion

⇒pr

endr

e en

com

pte

les

perte

s pa

r asp

iratio

n

de C

qav

ec α

1

0,77

0,71

0,63

DF

1,7%

2,1%

3,0%

ω

2,8%

1,5%

1,1%

Cq

Me

= 0,

5

64°

60°

55°

α

25

IV -

Gril

le a

spiré

eC

oncl

usio

ns e

t per

spec

tives

Pro

pose

r une

déf

initi

on p

lus

glob

ale

des

perte

s (c

anal

+asp

iratio

n)

Aug

men

ter l

’épa

isse

ur d

u pr

ofil ⇒

supp

rimer

le d

écol

lem

ent i

ntra

dos

aux

faib

les

inci

denc

es

Pre

ndre

en

com

pte

géom

étrie

fent

e ⇒

bord

s ar

rond

is p

our d

imin

uer l

e ta

ux

aspi

ratio

n

Stra

tégi

e d’

aspi

ratio

n ef

ficac

e en

2D

pour

une

gril

le s

tato

rique

forte

men

t cha

rgée

(∆α 1

= 60

°, M

e=

0,5,

DF

= 0,

71,C

q=

1,5%

)

Taux

d’a

spira

tion

àm

ettre

en

rela

tion

avec

les

perte

s ca

nal p

our j

uger

des

pe

rform

ance

s

Forte

influ

ence

de

l’asp

iratio

n su

r la

couc

he li

mite