Durée
26h Th, 26h Pr, 30h Proj.
Nombre de crédits
Enseignant
Langue(s) de l'unité d'enseignement
Langue anglaise
Organisation et évaluation
Enseignement au premier quadrimestre, examen en janvier
Horaire
Unités d'enseignement prérequises et corequises
Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme
Contenus de l'unité d'enseignement
Plan du cours
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Introduction à la conception des turbomachines : Histoire et évolution des turbomachines ; Gestion du cycle de vie des produits (Product Lifecycle Management, PLM) ; Processus de conception des turbomachines et exigences de conception ; Architecture et schémas des turbomachines ; Architectures de moteurs mono-, bi- et tri-arbres ; Organisation structurelle rotor-stator ; Distribution des efforts de poussée ; Types de paliers et roulements, agencement des paliers et chemins de charge.
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Architecture mécanique et conception structurelle : Conception modulaire des moteurs aéronautiques ; Architectures des rotors de compresseur et de turbine ; Rotors de type tambour, disque et tambour-disque ; Liaisons et accouplements de rotors ; Structures de carter et de support ; Montage du moteur et transmission des efforts.
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Rotordynamique des turbomachines : Types et niveaux de modélisation ; Systèmes rotor-paliers ; Calcul des vitesses critiques directes et rétrogrades ; Diagrammes de Campbell ; Analyse de stabilité ; Réponses harmoniques et transitoires ; Comportement des systèmes multi-rotors et des paliers inter-arbres ; Conception des paliers ; Phénomènes d'instabilité rotordynamique.
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Matériaux, mécanismes d'endommagement et évaluation de la durée de vie : Sélection des matériaux pour les moteurs aéronautiques ; Alliages de titane, superalliages à base de nickel, composites et composites à matrice céramique ; Fatigue à grand nombre et à faible nombre de cycles ; Fatigue thermomécanique ; Fluage ; Fretting ; Revêtements et barrières thermiques ; Calcul de durée de vie des aubes et disques de turbine.
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Dynamique des aubes et des disques : Modélisation structurelle des aubes et des disques aubagés ; Diagrammes de Campbell ; Ordres moteur et autres sources d'excitation externe ; Résonance et réponse forcée ; Phénomènes aéroélastiques ; Interaction rotor-stator ; Impacts de corps étrangers et impacts aviaires.
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Conception mécanique et analyse des contraintes des composants de compresseur : Conception des aubes de compresseur et de soufflante ; Liaisons aube-disque et blisks ; Effets du lean, du sweep et de la pré-torsion ; Couplage flexion-torsion ; Chargements centrifuges et aérodynamiques ; Évaluation des contraintes et des déformations.
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Conception mécanique et analyse des contraintes des disques et rotors : Critères de conception des rotors ; Distribution des contraintes dans les disques en rotation ; Chargement centrifuge ; Liaisons entre éléments du rotor ; Marges de conception ; Évaluation en survitesse et de la vitesse d'éclatement.
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Conception des aubes et disques de turbine : Architecture des rotors de turbine ; Fixations des aubes de turbine ; Chargements thermiques et mécaniques ; Aubes de turbine refroidies et non refroidies ; Refroidissement des aubes et des disques ; Gestion des jeux radiaux et contrôle actif des jeux.
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Fonctionnement hors point de conception, scénarios de défaillance et essais moteur : Adaptation des étages de compresseur ; Décrochage tournant et pompage ; Interaction rotor-stator ; Dommages dus aux corps étrangers ; Impacts d'oiseaux et de drones ; Événements de perte d'aube de soufflante ; Érosion ; Certification moteur et essais expérimentaux.
Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) de l'unité d'enseignement
L'objectif du cours est de former l'étudiant aux méthodes d'analyse du comportement dynamique des turbomachines et aux techniques utilisées dans l'industrie aéronautique pour le dimensionnement mécanique des composants (aubes, disques) de turboréacteurs.
Ce cours contribue aux acquis d'apprentissage I.1, I.2, II.1, II.2, II.3, III.1, III.2, IV.1, IV.3, VI.1, VII.4 du programme d'ingénieur civil en aérospatiale.
Savoirs et compétences prérequis
Le cours nécessite une connaissance élémentaire en conception mécanique, dynamique des structures et de la méthode des éléments finis.
Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement
Des projets obligatoires seront réalisés par des groupes de deux ou trois étudiants. Ces projets ont pour objectif de fournir une expérience pratique des méthodes et des outils couramment utilisés pour la conception mécanique et l'analyse des turbomachines.
Siemens Simcenter 3D, avec le solveur SOL 414, sera utilisé pendant les cours et dans le cadre des projets afin d'illustrer la mise en œuvre numérique et l'application pratique des concepts théoriques présentés dans le cours.
Mode d'enseignement (présentiel, à distance, hybride)
Cours donné exclusivement en présentiel
Explications complémentaires:
Le cours est dispensé en présentiel au 1er quadrimestre.
Supports de cours, lectures obligatoires ou recommandées
Plate-forme(s) utilisée(s) pour les supports de cours :
- eCampus
Autre(s) site(s) utilisé(s) pour les supports de cours
- Siemens Xcelerator Academy (https://training.plm.automation.siemens.com)
Informations complémentaires:
Références recommandées
Friswell, Michael I. Dynamics of rotating machines. Cambridge University Press, 2010.
Rao, J. S. Turbomachine blade vibration. New Age International, 1991.
Royce-Rolls. The jet engine. John Wiley & Sons, 2015.
Modalités d'évaluation et critères
Examen(s) en session
Toutes sessions confondues
- En présentiel
évaluation écrite ( questions ouvertes ) ET évaluation orale
Travail à rendre - rapport
Informations complémentaires:
L'évaluation portera sur l'examen écrit ou oral de théorie, les rapports des projets réalisés à domicile et leur présentation orale. L'examen sera basé sur la réponse à des questions portant sur la connaissance mais surtout sur la compréhension des notions théoriques développées au cours. L'examen a lieu à livres fermés.
L'évaluation est basée sur la moyenne géométrique pondérée entre les notes des projets et de l'examen. La note finale est calculée comme suit:
Final note = (Projets)*(0.75) + (Examen)*(0.25)
Stage(s)
Remarques organisationnelles et modifications principales apportées au cours
L'organisation du cours est présenté en détails lors du premier cours.
Contacts
Loic Salles l.salles@uliege.be