Instabilités aérodynamiques en compresseur centrifuge transsonique

Abstract

La tendance actuelle de conception des compresseurs pour des applications aéronautiques conduit à dessiner des machines compactes, à fort rendement et grande plage de fonctionnement. Pour des compresseurs à fort taux de pression et grande vitesse de rotation, la plage de fonctionnement est restreinte par le blocage sonique pour les grands débits et par la limite de stabilité aérodynamique pour les petits débits. Une zone de sécurité connue sous le terme de ‘marge au pompage’ est alors imposée pour empêcher le fonctionnement du compresseur à proximité des instabilités. Or c’est généralement dans cette zone interdite que le compresseur présente ses meilleures performances aérodynamiques en terme de taux de pression et rendement. Comprendre la cause des instabilités et les prédire est ainsi un enjeu primordial. Le déclenchement des instabilités est très dépendant du type de compresseur (axial ou centrifuge), du taux de pression ou de la vitesse de rotation ; et aucune méthode n’est à l’heure actuelle prédictive. La présente contribution présente l’analyse du déclenchement des instabilités dans un compresseur centrifuge transsonique pour différentes vitesses de rotation. Cette analyse a été menée à partir de résultats expérimentaux obtenus grâce à des capteurs de pression rapides implantés au carter dans la partie inductrice du rouet, dans le diffuseur lisse et dans le diffuseur aubé. Quelle que soit la vitesse de rotation, la rupture aérodynamique du système de compression résulte d’un pompage de type profond sans précurseur, initié dans le diffuseur par un décollement massif des couches limites. Pour les faibles vitesses de rotation, conjointement au pompage qui reste déclenché dans le diffuseur, des instabilités aérodynamiques sont enregistrées dans l’inducteur du rouet. Ces instabilités tournantes et associées au tourbillon de jeu sont induites par une sur-incidence sur les aubes principales du rouet