Face à la nécessité de concevoir des moteurs à haut taux de dilution, moins gourmands en carburant, les avionneurs intègrent des réducteurs planétaires sur l’arbre moteur afin d’optimiser la vitesse de rotation des composants. Le rendement de ce réducteur est donc primordial pour assurer la performance globale du moteur.
La thèse soutenue s’est attachée à étudier les pertes de puissance générées par ce réducteur, notamment celles liées à la mise en mouvement de l’air et de l’huile par les dentures. Pour cela, un banc d’essai à échelle réduite a été utilisé, permettant de mesurer les pertes sans transmission de couple et d’identifier les contributions respectives des roulements, de la ventilation, du brassage d’huile et du transfert de quantité de mouvement.
Afin de mieux comprendre la répartition des pertes, une modélisation thermique par la méthode des réseaux thermiques a été mise en œuvre. Cette approche permet de relier les échauffements localisés à la distribution des pertes dans le réducteur.
Résumé :
Dans un contexte où les enjeux environnementaux sont au centre des préoccupations, l’industrie aéronautique a entrepris un effort de R&D visant à améliorer les performances des moteurs d’aéronefs. Pour ce faire, les avionneurs développent des moteurs à haut taux de dilution consommant moins de carburant. Afin d’assurer que les différents éléments du moteur tournent à une vitesse optimale, un réducteur planétaire est introduit sur l’arbre moteur. Son rendement impacte donc directement celui du moteur.
Afin d’obtenir le meilleur rendement possible, les équipes de l’entreprise Safran Transmission Systems, qui produit ce réducteur, s’intéressent aux pertes de puissance qu’il génère, et en particulier à celles engendrées par la mise en mouvement de l’air et/ou de l’huile par les dentures.
Pour étudier ces pertes, un banc d’essai permettant de mesurer les pertes d’un réducteur planétaire à échelle réduite est utilisé. Le réducteur d’essai ne transmettant pas de couple, les pertes mesurées comprennent les pertes générées par les roulements, la ventilation, le piégeage d’huile et le transfert de quantité de mouvement. Le but de l’étude étant de déterminer la répartition des pertes au sein du réducteur à partir d’une mesure globale, une étude numérique basée sur la méthode des réseaux thermiques est utilisée. Cette méthode permet de modéliser le comportement thermique du réducteur et ainsi déterminer la répartition des pertes à partir d’échauffements localisés.
Les résultats de cette étude montrent que les pertes totales augmentent avec le débit d’huile injectée, la vitesse de rotation et diminuent avec l’augmentation de la température. La vitesse de jet n’affecte pas les pertes par brassage d’huile qui sont proportionnelles au débit d’huile injectée. Elle modifie cependant le brouillard d’huile généré et, par conséquent, les pertes par ventilation. Finalement, les pertes par brassage d’huile représentent la part la plus importante des pertes de puissance générées suivies des pertes par ventilation et enfin des pertes générées par les roulements.
Ces travaux démontrent la capacité du LabECAM à accompagner des projets de recherche, en lien direct avec les besoins industriels. En combinant rigueur scientifique et approche expérimentale, l’école confirme son rôle de partenaire stratégique auprès des industries innovantes.
