Le département turbomachine de ArianeGroup SAS cherche à améliorer sa compréhension dans le domaine de la dynamique des rotors et de certains phénomènes non-linéaires complexes observés sur des turbopompes. En particulier, un phénomène lié à l’apparition de raies spectrales associées aux contacts Rotor/Stator, fait partie des signatures singulières encore incomprises dans le comportement vibratoire des turbomachines et peut être synonyme de la perte d’intégrité structurelle. Un code de dynamique de rotor non-linéaire précédemment développé au LaMCoS a déjà permis de reproduire ce genre de comportement mais dans des conditions opérationnelles qui ne sont pas réalistes. De plus, les facteurs qui déterminent l'apparition et les caractéristiques du phénomène ne sont pas encore bien maitrisés. Ainsi, il est crucial, par des approches à la fois numériques et expérimentales d'approfondir les connaissances pour comprendre l’apparition des raies spectrales et évaluer leur impact sur le comportement dynamique des turbopompes spatiales.
L’enjeu de la thèse réside notamment dans l’utilisation du banc rotor de l'INSA de Lyon, pour mettre en évidence et caractériser le phénomène d’apparition de raies spectrales à travers une campagne d'essais dédiée. Les avantages de ce banc sont nombreux : tout d’abord, il est d’ores et déjà doté d'une instrumentation particulièrement précise et adaptée à l'observation du phénomène. Il est également équipé d'un palier hybride pour reproduire des contacts entre la bague extérieure d’un roulement et son carter. Enfin, le banc est suffisamment versatile pour adopter une architecture proche de celle d’une turbopompe. De plus, l'INSA de Lyon possède un excitateur hydraulique 6 axes pour évaluer l’influence des mouvements de la base sur la dynamique du rotor et déterminer la cause des raies spectrales ciblées. Le logiciel de dynamique de rotors sera utilisé en amont et en parallèle pour apporter une aide dans l’adaptation du banc et dans l'étape de confrontation calculs/mesures.
Une fois le modèle numérique recalé grâce à ce banc « preuve de concept », il sera utilisé pour simuler le comportement dynamique d’une turbopompe en fonctionnement.
Etapes et calendrier prévus
1/ Recherche bibliographique exhaustive du phénomène dans la littérature scientifique, acculturation aux turbopompes spatiales : T1 (Trimestre 1) et tout au long de la thèse.
2/ Reconfiguration et mise à jour du banc expérimental dans une configuration similaire à celle d'une turbopompe spatiale (démontage palier hydrodynamique, montage palier lisse, re-conception disque éventuelle, réglage du palier hybride, déverminage du banc, etc.) : (T2, T3, T4)
3/ En parallèle de l'étape 2, utilisation du code de calculs pour déterminer une configuration du banc qui serait la plus propice à la mise en évidence du phénomène : (T2, T3, T4)
4/ Campagne d'essais pour la mise en évidence et la caractérisation du phénomène + rédaction rapport intermédiaire avec résultats de la campagne : (T5, T6)
5/ Modélisation d’une turbopompe, recalage du modèle par rapport aux essais, puis analyse numérique pour étudier l'influence du phénomène de l’apparition de raies : (T7, T8)
6/ Formation au pilotage du moyen d'essai multiaxes axes. Installation, instrumentations du banc et tests préliminaires (T9)
7/ Campagne d'essais sur base mobile avec l'excitateur 6 axes pour étudier les influences des mouvements par la base : (T10, T11)
8/ Rédaction du mémoire de thèse et d'éventuels articles (conférence, journal scientifique) : (T11, T12)
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For more Information about the topics and the co-financial partner (found by the lab !); contact Directeur de thèse - eric.chatelet@insa-lyon.fr
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Ingénieur mécanique bac + 5 avec compétences dans les thématiques suivantes :
Dynamique du rotor, mécanique vibratoire, interactions fluide/structure, dynamique non-linéaire
Appétence pour la modélisation et les essais.
INSA
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