Une aérodynamique optimale pour les pales de turbine
Par rapport aux moteurs classiques, une telle turbine réduit les charges aérodynamiques, ce qui renforce le rendement de l'étage. Elle permet de réduire le nombre de pales, ce qui réduit la longueur et le poids du moteur, les rejets associés et le coût de la maintenance. Cependant, pour garantir les performances et la sécurité avec moins de pales et davantage de contraintes sur le moyeu, il faut optimiser avec soin les paramètres de conception. Des chercheurs ont lancé le projet ITURB (Optimal high-lift turbine blade aero-mechanical design), financé par l'UE, pour surmonter les difficultés de la conception de pales de turbines basse pression et grande vitesse. L'équipe d'ITURB a conçu une telle pale en partant d'une configuration de base, représentative des meilleurs rotors de turbine basse pression. Elle a pour cela appliqué une stratégie d'optimisation à plusieurs objectifs, couvrant les formes et les calculs de dynamique des fluides. Pour évaluer les performances aérodynamiques, les chercheurs ont utilisé des calculs de viscosité statique en 3D, basés sur un modèle de turbulence kappa-oméga. Pour vérifier la résistance mécanique, ils ont évalué les contraintes maximales engendrées dans le rotor par les forces centrifuges. Enfin, les chercheurs ont utilisé des réseaux neuronaux artificiels pour explorer l'espace de conception via une approche de réponse-surface. L'association des procédures d'optimisation a conduit à une configuration très aérodynamique, satisfaisant aux contraintes mécaniques et géométriques. Les chercheurs ont validé le concept final dans le cadre d'une campagne expérimentale, conduite dans une installation de tests de turbine basse vitesse à un seul étage. Ils ont comparé les résultats des expériences avec des calculs des performances du rotor pour un nombre de Reynolds fixe, tout en faisant varier l'angle d'incidence du rotor. Les outils de conception mis au point par le projet ITURB, tant théoriques qu'expérimentaux, ont conduit à une configuration de pale de rotor de turbine basse pression et grande vitesse, qui promet de réduire le poids, la consommation de carburant et les rejets associés. Cette nouvelle configuration est une composante importante de l'initiative Clean Sky, qui veut réduire l'impact de l'aviation sur l'environnement.
