Transcript Projet PHARE-2

Projet PHARE-2
Projet PHARE-2
Banc ECL-B3 de l’EquipEx PHARE
Xavier Ottavy, ECL, le 27 février 2014
Ecole Centrale de Lyon, le 27 février 2014
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Projet PHARE-2
Déroulement de cette présentation
Amphi 3, 13:00 – Présentation du projet PHARE 2
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L’Equipex PHARE
Contexte des études liées au projet PHARE-2
Objectifs
Gouvernance
Le banc ECL-B3
Budget
Planning
Questions / réponses
Centre Acoustique (bat KCA), à partir de 14:00
•
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Visite des essais maquette de la volute du banc ECL-B3
Chambre anéchoïque du KCA
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Projet PHARE-2
Equipex PHARE
Plate-formes macHines tournantes
pour la mAitrise des Risques Environnementaux
3 laboratoires membres du Carnot I@L
Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes - UMR 5513
Fabrice Thouverez – Professeur à l’ECL – Responsable de l’EquipEx
Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique - UMR 5509
Xavier Ottavy
Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures - UMR 5259
Régis Dufour – Professeur à l’INSA
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Projet PHARE-2
Equipex PHARE
Génèse
•
2009 : COSMIQ - Projet Carnot I@L
LTDS + LMFA
•
2009 : CAPCAO – Projet ANR
LMFA + LTDS + KTH + Fluorem + IJLRA
•
2009 : IRINA – Projet ANR
LTDS + LaMCoS + LGM (ECN) + EDF + Turbomeca
•
2011 : Equipex PHARE
LTDS + LMFA + LaMCoS
•
2013 : MERIT – Projet Carnot I@L
LMFA + LTDS + LaMCoS
Un positionnement pour le Transport et l’Energie
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Fédérer et rendre visible le pôle lyonnais en machines tournantes
Comprendre la physique pour améliorer les performances
Maîtriser la sécurité
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Projet PHARE-2
Equipex PHARE
Une plateforme constituée de 3 bancs d’essais
Banc d’excitation multi-axes
INSA
Banc enceinte sous vide
Banc multi-physique
ECL
Phase 1 : Mise en œuvre - 36 mois - débuter le 01/09/2011
Phase 2 : Exploitation fin du suivi ANR le 21/12/2019
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Projet PHARE-2
Equipex PHARE
Une plateforme constituée de 3 bancs d’essais
Banc d’excitation multi-axes
INSA
Banc enceinte sous vide
Banc multi-physique
ECL
Phase 1 : Mise en œuvre - 36 mois - débuter le 01/09/2011
Phase 2 : Exploitation fin du suivi ANR le 21/12/2019
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Projet PHARE-2
Equipex PHARE
Une plateforme constituée de 3 bancs d’essais
Banc d’excitation multi-axes
INSA
Banc enceinte sous vide
Banc multi-physique – ECL-B3
ECL
Projet PHARE-2
Phase 1 : Mise en œuvre - 36 mois - débuter le 01/09/2011
Phase 2 : Exploitation fin du suivi ANR le 21/12/2019
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Projet PHARE-2
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Projet PHARE-2
Contexte
Amélioration des moyens de transports aéronautiques
•
•
Enjeu sociétal fort
Innovation sur la technologie des machines tournantes
 rendement énergétique
 sécurité
 impact environnemental
ACARE (Advisory Council for Aeronautics Research in Europe)
réduction à l’horizon 2020 de
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50% des émissions de CO2
80% des émissions de NOx
50% du bruit perçu
80% des accidents
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Contexte
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Projet PHARE-2
Comment atteindre ces objectifs
Réacteurs à très fort taux de dilution (BPR)
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Rendement propulsif
Réduction du bruit de la soufflante et du jet
Importance des soufflantes (diminution du taux de pression, vitesse de rot.)
Limitation actuelle du BPR à 9 (poids, trainées, sécurité, …)
Compromis aérodynamique / aéroélacticité et aéroacoustique
Diminution de la s.f.c.
•
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•
Importance du rendement aérodynamique des compresseurs
Importance de la température de sortie de chambre
=> machine à prix d’achat élevé,
mais rentable sur le long terme
Réacteurs intégrés
•
•
Diminution de la trainée
Alimentation hétérogène et distorsions
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Projet PHARE-2
Instabilités
Plage de fonctionnement typique d’un compresseur
Plage de débit plus étroite pour les soufflantes
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Instabilités
Plage de fonctionnement typique d’un compresseur
Plage de débit plus étroite pour les soufflantes
Marges de sécurité pénalisantes
•
•
Pompage (aérodynamique)
Flottement (aéroélasticité)
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Enjeux scientifiques
Repousser les limites dans des zones de comportements extrêmes
•
•
•
marges de sécurité excessives (absence de maîtrise des incertitudes)
conséquence : exclusion de certaines zones à haut rendement énergétique
besoin de conception virtuelle fiable
Deux verrous scientifiques majeurs
•
•
précurseurs et développement des instabilités
couplage entre les approches aérodynamique, acoustique et structurelle
Une physique très complexe
•
•
non linéarités, problèmes multi-échelles, couplages, effets technologiques,…
besoin de validation des modélisations
Des essais expérimentaux représentatifs très rares
•
•
grande complexité induite par les approches multi-disciplinaires
caractère potentiellement explosif et destructeur de l’essai en cas de rupture
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Projet PHARE-2
Objectifs du projet PHARE-2
Avancer dans les thématiques scientifiques
Instabilités aérodynamiques et aéroélastiques
Signatures aéroacoustiques
Mettre en évidence et caractériser les phénomènes physiques associés
aux instationnarités et aux instabilités en turbomachines.
Franchir une nouvelle étape dans les méthodologies de sollicitations,
d’acquisition et de traitement des données.
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Comité Scientifique de PHARE-2
• Approuve les orientations
• Assure la cohérence
académique/industrielle
• Evalue les résultats acquis et
les transmet au CoPil
Comité Scientifique (CS)
Groupe d’experts
+
Animateur du GTT
Aérodynamique
Animateur du GTT
Aéroélasticité
Animateur du GTT
Aéroacoustique
Interface
GTT-CoTec-indus
Partenaire(s)
industriel(s)
Responsable
du Comité
Technique
(CoTec)
Groupes de travail thématique (GTT)
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• Exprime et hiérarchise les
besoins industriels
• Prend en compte les
demandes du CS et étudie
leur faisabilité
• Assure la mise en œuvre
technique des demandes du
CS
• Expriment les axes de
recherche
• Études multidisciplinaires
• Interagissent avec le
partenaire industriel
• Proposent les projets (études
+ financements)
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Projet PHARE-2
Membres du Comité Scientifique
Groupe d’experts
Observateurs
• OTTAVY Xavier (LMFA)
Pilote du CS – Aérodynamique des turbomachines
• PAOLETTI Benoit (LMFA)
Responsable CoTec
• CARBONNEAU Xavier (ISAE)
Intégration système / écoulement transsonique
• DUBOIS Sandra (Snecma – détachée à l’ECL)
Interface GTT / CoTec / Snecma
• DE SPIEGELEER Guy (Snecma)
Stratégie R&T soufflantes et compresseurs BP
• FERRAND Pascal (LMFA)
Aéroélastique
• ROGER Michel (LMFA)
Aéroacoustique
Groupes de Travail Thématique
Aérodynamique
(X. Ottavy)
• SCOTT Julian (LMFA)
Turbulence et stabilité des systèmes
• THOUVEREZ Fabrice (LTDS)
Dynamique des structures
• TREBINJAC Isabelle (LMFA)
Turbomachines et écoulement supersonique
Aéroélasticité
(P. Ferrand)
Aéroacoustique
(M. Roger)
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Projet PHARE-2
Comité Technique du banc ECL-B3
•
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•
•
•
B. Paoletti : responsable du comité
A. Azouzi : bureau d’études
S. Dubois : interface véhicule / banc
S. Goguey : expertise instrumentation – méthode d’acquisition
G. Halter : expertise bancs d’essais haute vitesse
P. Laucher : expertise bancs d’essais haute vitesse – Appui CAO
P. Souchotte : expertise bancs d’essais – infrastructure – acoustique
Y. Rozenberg : expertise aéroélastique
•
Invités
 X. Ottavy : Responsable projet + scientifique CNRS de PHARE
 Marc Jacob : Responsable scientifique UCBL de PHARE
 Direction du patrimoine
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3 - Banc ECL-B3
(échelle 1/3 de soufflante de turboréacteur pour approche multi-physique)
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Projet PHARE-2
Machines d’essais + banc
Ordres de grandeurs
Débit max : 45 kg/s
Taux de pression max Nn: 1.8
Taux de pression min 0.5Nn faible
Vitesse max : 16000 rpm
Puissance : 3.0 MWatt
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Eléments du banc ECL-B3
Bâtiment et génie civil
Aspiration + Rejet vers l'atmosphère (simulation acoustique)
Salle d'essais
Véhicule d’essais
Volute
Venturi (+ alimentation Venturi)
Salle de machinerie
Salle de pilotage
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Maitre d’œuvre : CBXS
Pascal Simonet 14/02/2014
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Implantation bâtiment PHARE
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Circuit aéraulique
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Eléments du banc ECL-B3
Bâtiment et génie civil
Aspiration + Rejet vers l'atmosphère (simulation acoustique)
Salle d'essais
Véhicule d’essais
Volute
Venturi (+ alimentation Venturi)
Salle de machinerie
Salle de pilotage
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Aspiration / rejet
Fonction
•
Aspiration
 Fournir un écoulement « propre »
 Restreindre les nuisances sonores
•
Rejet vers l'atmosphère (simulation acoustique)
 Limiter les pertes de charges
 Restreindre les nuisances sonores
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Projet PHARE-2
Aspiration / rejet
Etude acoustique
•
Période diurne : émergence < 5 dB(A)
•
•
•
Émergence corrigée en fonction de la durée du bruit
Bruit résiduel dans l’après midi : 42 dB(A)
Puissance acoustique estimée du module d’essais (portée jusqu’au Venturi)
•
Prise en compte de tous les dispositifs et matériaux
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Projet PHARE-2
Simulation acoustique : Logiciel ACOUSPROPA
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Eléments du banc ECL-B3
Bâtiment et génie civil
Aspiration + Rejet vers l'atmosphère (simulation acoustique)
Salle d'essais
Véhicule d’essais
Volute
Venturi (+ alimentation Venturi)
Salle de machinerie
Salle de pilotage
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Projet PHARE-2
6 m ~ 11 * D
5,5 m ~ 10 * D
Salles d’essais et machinerie
D = 20 ’’ = 508 mm
Dièdres de 70 cm
7 m ~ 13 * D
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Projet PHARE-2
Calculs CFD salle d’essais
Obstacle mis en place
pour une meilleure
alimentation
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Salle d’essais – chambre anéchoïque
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Projet PHARE-2
Salle d’essais – chambre anéchoïque
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Projet PHARE-2
Eléments du banc ECL-B3
Bâtiment et génie civil
Aspiration + Rejet vers l'atmosphère (simulation acoustique)
Salle d'essais
Véhicule d’essais
Volute
Venturi (+ alimentation Venturi)
Salle de machinerie
Salle de pilotage
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Machine d’essais Snecma
MARLYSA
Vue d’artiste
Propriété Snecma
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Machine Marlysa
Anneau tournant (mesures sur 360 °)
Instrumentation :
Propriété Snecma
Aérodynamique
 Pression (stationnaire ou non)
 Température
 Fil chaud
 Mesure Laser (PIV, LDA)
Acoustique
 Micros
 PI (type Kulite)
 Antennerie
Aéroélasticité
 Jauges
 Mesures laser
 Mesure de jeux
 Tip timing
Explorateur (déplacement radial et angulaire)
Système acquisition mesures tournantes
(télémesure)
Couple-mètre
Poussée axiale
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Eléments du banc ECL-B3
Bâtiment et génie civil
Aspiration + Rejet vers l'atmosphère (simulation acoustique)
Salle d'essais
Véhicule d’essais
Volute
Venturi (+ alimentation Venturi)
Salle de machinerie
Salle de pilotage
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Projet PHARE-2
Volute – pièce fondamentale du banc
Fonction
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•
•
•
•
•
•
•
•
Servitude volute (Air et huile)
Assurer la transmission du couple
Assurer l'interface avec le véhicule
Contraintes extérieures (Effort aéro
et tenue mécanique)
Changer l'orientation de l'écoulement
Ne pas induire de distorsions
circonférentielles
Minimiser les pertes de charges
Faire varier la charge de la machine
Permettre les études des instabilités
aérodynamiques
Intégrer un traitement acoustique
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Projet PHARE-2
Eléments du banc ECL-B3
Bâtiment et génie civil
Aspiration + Rejet vers l'atmosphère (simulation acoustique)
Salle d'essais
Véhicule d’essais
Volute
Venturi (+ alimentation Venturi)
Salle de machinerie
Salle de pilotage
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Projet PHARE-2
Refoulement et tube de Venturi
2ème partie Galerie
1ère partie Galerie
Dimensions 1ère partie Galerie :
17 x 3.5 x 2(L x l x H en m)
Dimensions 2ème partie Galerie :
13 x 3.5 x 2(L x l x H en m)
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Projet PHARE-2
Eléments du banc ECL-B3
Bâtiment et génie civil
Aspiration + Rejet vers l'atmosphère (simulation acoustique)
Salle d'essais
Véhicule d’essais
Volute
Venturi (+ alimentation Venturi)
Salle de machinerie
Salle de pilotage
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Projet PHARE-2
Salle des machineries
Volute
Moteur
Dimensions
•
10 x 7.3 x 5.8 = L x l x H [m]
Equipements
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Transformateur avec son bac
de rétention
Moteur + Variateur 3 MW
Multiplicateur (+/- 3 tours/mn)
Centrale de lubrification
Déshuileur
Surpresseur
Volute + Vannage
Air comprimé
Refroidisseur d’eau
Massif béton de 7.5 x 2.5 m
Ventilation de la salle 6000
m3/h
Multiplicateur
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Eléments du banc ECL-B3
Bâtiment et génie civil
Aspiration + Rejet vers l'atmosphère (simulation acoustique)
Salle d'essais
Véhicule d’essais
Volute
Venturi (+ alimentation Venturi)
Salle de machinerie
Salle de pilotage
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Salle de pilotage
Bâtiment ok
Implantation des
•
•
•
•
Pupitre de commandes
Eléments de pilotage
Surveillance banc et machine
mesures spécifiques
Logiciels d’acquisition et connexion à la base de données
Liens avec MERIT et LIQUEUR
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Projet PHARE-2
Budget ECL-B3
Banc hors bâtiment : 2.5M€
Véhicule d’essais Snecma : 5M€
Bâtiment : 2.5M€ ECL, dont Snecma 300k€
Financements
•
•
•
•
•
ANR – Investissement d’avenir : 3M€ dont 1.36M€ pour ECL-B3
I@L via MERIT : 200k€
LMFA : 259k€
Snecma : 100 k€ + complément à venir
PALSE, EPICE et I@L : à venir
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Projet PHARE-2
Planning
Mise en place du Banc ECL-B3
 Début du projet : 01/09/2011
 Premier tour de roue prévu pour juillet 2015
Planning des 2 premières années
•
Configurations Snecma
 Configuration 0 (année 1)
–
–
–
–
Déverminage banc + véhicule d’essais
Configuration axisymétrique
Validation du principe Bi-flux / mono flux
Soufflante de type LEAP X
 Configuration 1 (année 1)
– Montage de type LEAP X
– Configuration non-axisymétrique
– Etude paramétrique - Interaction Soufflante / OGV
 Configuration 2 et 3 (année 2)
– Montage de type UHBR
– Nouvelles conceptions
LEAP X
Configuration ouverte (année 3)
•
•
•
Conception à réaliser (rotor isolé)
Partenariat ONERA/SNECMA/ECL
Thèse LMFA Quentin Rendu
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Projet PHARE-2
Conclusion
Projet PHARE-2 très ambitieux
•
Physique complexe – Approche pluridisciplinaire
 Aérodynamique / Aéroacoustique / Aéroélasticité
•
•
•
Partenariat for avec Snecma
Conception des Soufflantes des turboréacteurs des 15 prochaines années
Constitution d’un cas test international (configuration ouverte)
Banc ECL-B3 et le véhicule d’essais
•
•
•
•
Evolution logique des bancs de Turbomachine
Véhicule réaliste, mais très paramétrique (différence avec CREATE par ex)
Couplage avec le projet PHARE-1
Attracteur pour de nouveaux partenaires (PME régionales)
 métrologies (ex: Micro DB)
 technologies (ex: DUC Hélices)
•
Contribution à une meilleure visibilité de l’ECL à l’échelle nationale et
internationale
Un grand bravo à l’équipe technique PHARE-2 et à la direction du
patrimoine (service technique de l’ECL)
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Projet PHARE-2
Merci pour votre attention
Equipex PHARE : Banc ECL-B3
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