Modélisation d'un moteur complet en perte d'aube en dynamique rapide

To ensure the safety of the passengers, the requirements of the airworthiness authorities certification include the demonstration of a successful fan blade-off test performed on a whole engine. In order to comply with these severe criteria, manufacturers perform expensive containment spin tests during the design phase. The numerical prediction of the blade-off with the Finite Element method is then an appropriate mean to prevent the financial and technical risks and the time delay due to a mechanical failure during the tests. The design of an engine subjected to a fan blade-off requires the determination of load levels at several points of the whole engine. The traditional numerical analyses include only a refined model of the front part of the engine, where the main transient and non-linear phenomena occur, for explicit computations and include a simplified model of the whole structure for implicit analyses. Nevertheless, these models are not suitable enough to predict accurately the engine behavior during the first critical times following the blade loss. The objective of the thesis is thus to simulate for the first time at SNECMA Moteurs the fan blade loss on an engine representative of a real engine, with a refined model and in a time compatible with an industrial use. The fast dynamics code called Plexus, following an explicit integration scheme, allows to model the main transient and highly non-linear events occurring during the blade-off. An important work has been carried out on the modeling of the engine components to obtain new results close to the experimental data and useful for the design, with a reduction of the computation time. In particular, an homogenization method has been applied to simplify the initial model of the hollow blade. The overall behavior of the engine with this new and less expensive blade model is preserved.La perte d’une aube fan peut avoir des conséquences graves sur un moteur d’avion : la sécurité des passagers et des personnes survoléesétant une priorité, les instances aéronautiques imposent de prouver la tenue des moteurs en perte d’aube par un essai de certification surmoteur complet aux critères sévères. Les motoristes procèdent alors à des essais destructifs et onéreux pendant la phase de conception.La prédiction numérique de la perte d’aube par la méthode Éléments Finis apparaît donc essentielle pour réduire les risques d’échec lors des différents essais ainsi que pour réduire les coûts et les délais. Le dimensionnement à la perte d’aube nécessite de connaître des niveaux de charge dans l’ensemble du moteur. Les analyses numériques traditionnelles utilisent en explicite un modèle détaillé de la partie avant du moteur où se déroulent les principaux phénomènes transitoires non-linéaires et un modèle simplifié de l’ensemble de la structure en implicite. Néanmoins, pour prédire précisément le comportement du moteur sur les premiers instants critiques suivant la perte d’aube, ces modèles ne suffisent plus. L’objectif de la thèse est par conséquent de simuler, pour la première fois à SNECMA Moteurs, la perte d’aube sur un moteur représentatif d’un moteur complet, avec un modèle détaillé et dans des temps compatibles avec l’utilisation industrielle. Le code de dynamique rapide Plexus, programmé selon un schéma d’intégration explicite, permet de modéliser les principaux phénomènes transitoires et fortement non-linéaires inhérents au déroulement d’une perte d’aube. Un travail de modélisation des composants moteur a été effectué pour permettre l’obtention de nouveaux résultats utiles au dimensionnement et proches des valeurs mesurées lors des essais, avec une réduction des temps de calcul. En particulier, un modèle d’aube homogénéisée a été développé pour simplifier le modèle initial d’aube creuse très coûteux en temps de calcul tout en conservant une bonne précision sur le comportement global du moteur