Tribologie, thermomécanique et vibration

 

 

Cet axe traite des interactions dynamiques entre les mécanismes d’accommodation du contact, de frottement et d’usure, les phénomènes thermiques, thermomécaniques et vibratoires induits par le frottement. Il s’inscrit dans le cadre du projet TriboSurf du CPER ELSAT2020 et implique des chercheurs du DMAS-Unité CRD de Lille et du LaMcube.

1— Interaction dynamique aube-carter

Les objectifs fixés à l’industrie aéronautique par l’ACARE (Advisory Council for Aviation Research and Innovation in Europe) à l’horizon 2050 imposent une diminution drastique des émissions de polluants dans les transports aériens. Cela implique, pour les motoristes, une optimisation du fonctionnement et du rendement énergétique des turboréacteurs. Celle-ci passe notamment par la réduction des jeux entre rotor et stator qui rend inévitable les contacts entre les aubes et le carter de la turbomachine. Ces contacts peuvent conduire à des instabilités dynamiques et/ou à une usure excessive qui, dans des cas extrêmes, peuvent entrainer la rupture prématurée en fatigue vibratoire des aubes. La prédiction numérique de ces situations butte sur la méconnaissance de l’interaction aube–carter, difficile à étudier expérimentalement du fait de son confinement, des conditions de fonctionnement (vitesse, température, etc.), des phénomènes thermiques et dynamiques transitoires et couplés qui sont impliqués.

L’enjeu est la connaissance des mécanismes d’accommodation de l’incursion au contact, leur interdépendance avec les phénomènes vibratoires, l’usure et les forces mises en jeu au contact afin d’être capable de modélisations numériques fiables.

Ce thème de recherche traite des vibrations induites par frottement, traitées expérimentalement et numériquement (stabilité) avec influence des sollicitations thermomécaniques, des évolutions des matériaux en contact, des surfaces et interfaces, et des situations tribologiques. Le thème est soutenu par un contrat SAFRAN Aircraft Engines (1 thèse prévue, 2018-2021).

2— Usure et échauffement par frottement de matériaux de structures aéronautiques en situation de crash

Dans le domaine aéronautique, les très grandes vitesses de fonctionnement rencontrées dans les situations accidentelles font de l’étude et de la prédiction du comportement des matériaux en conditions extrêmes un enjeu majeur pour la sécurité des passagers du transport aérien. Ce projet concerne l’analyse et l’amélioration de la résistance des avions en situation de crash. L’enjeu consiste à comprendre et maîtriser l’usure et l’échauffement induits par frottement dans le cas de matériaux métalliques ou composites aéronautiques en contact avec une piste, lors de situations d’atterrissages forcés (trains rentrés) ou de crash, pour éviter des scénarios catastrophiques de ruine structurale (déchirures massives) ou d’incendie (zones réservoirs).

Le projet traite de l’analyse, de la compréhension physique et de la caractérisation expérimentale des problèmes de contact frottant et d’abrasion de matériaux de structures aéronautiques (fuselage, moteur), et de dissipation d’énergie et de transfert thermique lors du contact abrasif (vers le carburant stocké en zones réservoir). Des expérimentations élémentaires, le développement et la conception d’un prototype de banc d’essai expérimental font partie des objectifs du projet. Sur ce sujet, une convention de Recherche ONERA-DGAC PHYSAFE est en cours (08/2015 - 07/2019) et une thèse est en cours (2017-2020).