Analyse aeroélastique des paliers à structure à feuilles en régime stationnaire

Abstract

La turbomachine connaissait durant ces dernières décennies un développement particulier dans le but d’alléger les éléments de machines tournants et de préserver l’environnement tout en améliorant les performances de fonctionnement. Les éléments clés dans la turbomachine sont les paliers aérodynamiques qui soutiennent les rotors tournants à grandes vitesses. Dans ce papier, nous nous intéressons à l’étude aeroélastique d’un palier circulaire à structure à feuilles (aérodynamique) en régime permanant. La structure déformable se constitue de
feuilles ondulées (bumps) fixées sur une feuille supérieure rigide qui forme avec le rotor et l’air un contact élasto-aérodynamique. Une modélisation numérique a été développée basée sur l’équation de Reynolds et un modèle exprimant les déformations élastiques des bumps en fonction de la pression aérodynamique, la géométrie des bumps et ses propriétés mécaniques. La résolution de ce problème qui est non-linéaire se fait par discrétisation différences finies avec l’utilisation de la méthode de Newton-Raphson. Les résultats montrent la distribution de la pression et le champ de hauteur du film ainsi que d’autres caractéristiques de l’interaction
fluide-structure et du comportement aérodynamique du palier dus aux conditions de fonctionnement données.

Mots clefs : palier aérodynamique, aeroélastique, structure à feuilles, épaisseur du film, portance.

Aeroelastic analysis of the air foil bearings in steady state

In recent decades, turbomachinery has known a special development with the aim of lightening rotating components of machinery and preserving the environment all for improving operating performances. The key elements in the turbomachinery are the air foil bearings that support rotors rotating at high speeds. In this paper, we are interested in the aero-elastic study of air foil bearing in stationary régime. The deformable structure contains a corrugated foils (bumps) fixed on a top-foil rigid which forms with rotor and air an elastoaerodynamic
contact. Numerical modeling was developed based on the Reynolds equation and an elastic
deformation model of the bump depending on aerodynamic pressure, bump geometry and its mechanical proprieties. This problem non-linear is resolved using finite difference discretization and Newton-Raphson method. Finally, the calculations show the pressure distribution and field of film thickness as well as other fluidstructure interaction characteristics due to the functional conditions.

Keywords: air bearing, aero-elastic, foil structure, film thickness, charge capacity.