Recherche numerique et experimentale pour le controle efficace du pompage des compresseurs – NumERICCS

Le projet NumERICCS vise à coordonner les efforts des groupes de recherche Université/CNRS de l'ENSAM-Lille, de l'ECLille et de l'UPMC, de l'organisme français de recherche aérospatiale ONERA, et du motoriste aérospatial français SNECMA, vers le contrôle de l'instabilité destructrice de pompage observée à la limite de charge aérodynamique des compresseurs axiaux modernes. Il s'agit d'un travail combiné expérimental et numérique, dont le résultat attendu est la conception, la simulation numérique et l'évaluation expérimentale d'un dispositif original de contrôle du pompage de compresseurs utilisant des jets non-synthétiques (débit net d'injection) positionnés devant le bord-d'attaque des aubes. De nombreux défis technologiques devront être relevés dans le cadre de ce projet, d'une durée de 48 mois, pour atteindre cet objectif.

De nouvelles mesures expérimentales, aussi bien avec et sans contrôle de l'écoulement, seront réalisées dans 2 dispositifs expérimentaux existants qui seront spécifiquement modifiés pendant le projet pour installer les actionneurs conçus pour contrôler l'écoulement:
(1) un étage de compresseur conçu par SNECMA installé dans le banc BERAC de l'ENSAM-Lille (LML) qui fournira des données aérodynamiques détaillées sur l'apparution du décollement tournant et du pompage; plusieurs actionneurs basés sur une conception brevetée par le LML (ECLille) seront placés circonférentiellement, proche du bord-d'attaque du rotor, et seront optimisés expérimentalement (débit, fréquence, phase, cycle; LML) et numériquement (distance du bord-d'attaque, angle du jet; ONERA); ensuite, des mesures détaillées de l'écoulement en configuration de contrôle optimal seront réalisées, et comparées avec les résultats d'un calcul RANS (avec instationnarité déterministe) de l'étage complet (ONERA).
(2) un montage générique non-tournant en soufflerie d'une pale isolée en porte-à-faux avec jeu d'extrémité à ONERA-Meudon qui permet d'ajuster plusieurs paramètres de l'écoulement (hauteur du jeu, incidence, épaisseur de la couche limite amont) et du contrôle (position, angle du jet, débit, fréquence) pour étudier leurs effets sur le tourbillon d'extrémité de pale; de nombreuses simulations numériques combinées avec un métamodèle seront utilisées dans la phase intiale d'optimisation du dispositif de contrôle; bien que les données expérimentales obtenues dans cette configuration générique ne sont pas directement transposables au contrôle du compresseur, elles seront utilisées pour améliorer nos connaissances (limitées à l'état de l'art actuel) sur l'influence de ces paramètres sur l'évolution du tourbillon du jeu; de plus, des mesures détaillées (LDV/PIV, fils-chaud, sondes mutitrous) seront réalisées afin d'obtenir une base de données détaillées pour la validation des modèles de sous-maille à plusieurs équations de transport pour la LES.

De nombreuses simulations numériques, incluant des modèles RANS avancés (2 équations, rij-eps et le développement d'un modèle à 12 équations rij-epsij; ONERA, UPMC), un modèle zonal hybride RANS/LES (ZDES; ONERA) et un modèle VR-LES (modèle de sous-maille multi-équations à résolution variable; UPMC) seront systématiquement comparées aux mesures afin de valider la capacité prédictive des différents niveaux de la modélisation de la turbulence pour les écoulements avec contrôle instationnaires.

Le nombre important de données expérimentales et numériques seront spécifiquement analysées pour déterminer (1) les performances des différents niveaux de modélisation de la turbulence en CFD pour les compresseurs de moteurs d'avions avec contrôle actif, (2) la possibilité d'utiliser des précurseurs de détection pour déclencher le contrôle actif, (3) des directives pour une stratégie du contrôle actif de l'écoulement, et (4) les perspectives de ce travail.