Turbomachines

Le laboratoire maîtrise toute la chaîne de fabrication d’une turbomachine, de la conception à la production et s’attache à améliorer les modèles de dimensionnement des turbomachines, à utiliser des matériaux et procédés innovants pour la fabrication, à perfectionner les simulations numériques des écoulements tournants et à développer des moyens de mesures expérimentaux avancés pour s’adapter aux contraintes importantes inhérentes à l’étude de ce type d’écoulements internes monophasiques ou diphasiques.

L’ensemble des bases de données, des codes de simulations et des logiciels développés en interne ainsi que les différentes installations d’essais (de l’échelle réduite à l’échelle industrielle) permettent à cette thématique de développer des prototypes innovants de turbomachines, dans différents domaines d’application comme l’automobile, l’aérospatial et l’énergie.

Axes de recherche

La thématique est organisée autour de quatre axes de recherche permettant d’optimiser la chaîne de conception, de fabrication, d’analyse et d’utilisation des turbomachines.

Axe 1 : Conception avancée des turbomachines

L'objectif est de développer des outils robustes, précis et modulaires pour l’optimisation des turbomachines. Cet axe est défini autour de trois sujets clés :

• Intelligence artificielle appliquée au dimensionnement des turbomachines

Le laboratoire dispose de codes développés en interne de dimensionnement et d’analyse (MFT3D, TURBO3D…). Ces codes ainsi que les installations expérimentales permettent d’enrichir une base de données conséquente qui permet de développer des algorithmes d’apprentissage approfondis et d’optimiser la conception d’une turbomachine grâce à l’intelligence artificielle.

• Procédés innovants et nouveaux matériaux

Les progrès établis dans le domaine des matériaux permettent d’envisager de nouveaux types de turbomachines et donc d’imaginer de nouvelles applications. Les simulations et les tests effectués sur bancs d’essais proposent des pistes intéressantes pour répondre aux contraintes de production des turbomachines, notamment en termes de coûts, de production de masse ou d’usage (en ouvrant une voie au contrôle des écoulements internes aux turbomachines).

• Modélisation et simulation des turbomachines dans leur environnement

Les méthodes de dimensionnement appliquées permettent d’optimiser le dessin d’une machine tournante pour obtenir les meilleures performances possibles sur sa gamme de fonctionnement. Mais lorsque cette machine est utilisée dans son environnement, les performances sont modifiées par des composants du circuit amont ou aval. Le laboratoire dispose de plusieurs bancs d'essais équipés de moyens de mesures instationnaires de pression pariétale et de champs de vitesses 3D ainsi que de la possibilité d’effectuer des mesures acoustiques en chambre anéchoïque (plateforme Confluence). L’aspect numérique fait également l’objet de travaux avancés concernant la propagation acoustique en milieu confiné et en référentiel tournant.

Axe 2 : Limites de fonctionnements et instabilités

Les turbomachines sont conçues pour fonctionner sur une gamme définie de fonctionnement. Or, pour améliorer leur utilisation, cet axe propose d’étudier les zones de fonctionnement défavorables et instables, proche des limites de fonctionnement pour étendre les performances de ces machines. L’accent est mis sur deux types de limites principales :

• Etude du pompage des compresseurs centrifuges

• Etude de la cavitation

   

Axe 3 : Contrôle des turbomachines

Une fois les limites de fonctionnement identifiées, pour optimiser les performances aérodynamiques, il est encore possible d’établir des stratégies de contrôle, passif ou actif pour obtenir des conditions spécifiques pour chaque point de fonctionnement, en s’adaptant en temps réel aux situations rencontrées. Au-delà de l’étude en régime permanent des machines tournantes, cet axe s’intéresse notamment à établir des performances optimales dans des régimes instationnaires ou pour des défauts ponctuels d’utilisation.

• Machines contrarotatives

• Contrôle des ventilateurs

Axe 4 : Méthodes innovantes de métrologie et post-traitement de données d'écoulements internes tournants

Méthodes innovantes de métrologie et post-traitement de données d’écoulements internes tournants      
Les conditions de mesures des caractéristiques d’écoulements internes aux turbomachines sont extrêmement contraintes : les pressions élevées, les éléments tournants, les systèmes fermés sont quelques-uns des défis à relever pour améliorer les mesures au sein des turbomachines. Pour pouvoir enrichir la base de données nécessaire à l’axe 1 de la thématique, il est essentiel d’avoir des données expérimentales fiables, précises, résolues en temps et en espace et comparables aux données issues des simulations numériques. Cet axe a été créé pour répondre à un besoin grandissant de précision spatio-temporelle pour atteindre des analyses fines de ces écoulements complexes.