dynamique non-lineaire des systemes multi-rotors. etudes ...

6 CHAPITRE 1. DYNAMIQUE DES TURBORÉACTEURS
éjectés à l’arrière et leur énergie cinétique restante assure la propulsion de l’avion par réaction.
Une partie de l’air admis (flux secondaire) peut être déviée autour du flux gazeux normal ; on
obtient ainsi un surcroît de poussée important, et le bruit du réacteur est réduit du fait de la
dilution des gaz chauds du flux principal (flux primaire), associé à la combustion.
La mise en place de moteurs comptant plusieurs arbres (double corps ou encore triple
corps) permet d’augmenter leurs performances, en séparant les parties basse et haute pression
(respectivement BP et HP) du compresseur. On a ainsi deux compresseurs, chacun animé
par sa turbine, leurs fonctionnements étant liés uniquement par des liaisons aérodynamiques.
De ce fait, on obtient deux rotors coaxiaux (BP : les premiers étages du compresseur et les
derniers étages de la turbine ; HP : les derniers étages du compresseur et les premiers étages de
la turbine), l’arbre BP passant dans le creux de celui HP. Il existe aussi des moteurs à arbre
triple (possédant des rotors basse, intermédiaire et haute pression).
Les premières turbomachines à double corps sont apparues dans les années 1930. L’application
de ce concept dans le domaine des moteurs d’avion a commencé à la fin des années
1950. L’utilisation de rotors multiples s’explique par deux raisons liées au dimensionnement
aérodynamique de la machine :
– La diminution du débit d’air (dans un moteur à taux de compression élevé) ne doit pas
être très brutale car cela peut entraîner des phénomènes de pompage. L’ajout d’un corps
tournant haute pression permet au compresseur de mieux s’adapter aux évolutions du
débit.
– D’étage en étage, la pression et la température augmentent. Une conception où les étages
supérieurs peuvent tourner plus vite est donc utile pour mieux comprimer l’air et assurer
un plus grand débit. Or, pour un mono-rotor, les aubages des étages supérieurs sont
obligés de tourner plus lentement qu’ils ne le pourraient dans l’écoulement d’air à des
températures plus élevées (auxquelles la vitesse du son est plus importante), ce qui limite
donc le débit d’air.
Les vitesses de rotation des deux rotors sont généralement liées par une relation linéaire
[Ehr98]. Le roulement qui assure leur bon centrage constitue une liaison mécanique qui couple
leur mouvement vibratoire. L’interaction des deux arbres tournant à deux vitesses différentes
couplés par un roulement a été constatée dans de nombreuses sources bibliographiques ([Big80,
Loz92, LF97, Ehr98]).
Depuis leur apparition, les moteurs double flux double corps font l’objet d’améliorations
continues. A présent, les turboréacteurs à double flux avec corps double ou triple sont les plus
répandus en tant que moteurs principaux de nombreux types d’avions de ligne ou militaires.
1.1.2 Organes structuraux principaux
De manière globale, le moteur est constitué par le stator et les rotors (figure 1.2). Le stator
est fixé sur l’avion et il porte les rotors par l’intermédiaire des paliers (éléments qui seront
détaillés dans cette section).
Les rotors des turboréacteurs sont des structures complexes. Leur fonction est de porter
les étages de compresseur et de turbine en assurant une liaison d’entraînement entre ceux-ci.
Les éléments structuraux des rotors sont typiquement les arbres, les aubages, les disques des
roues aubagées, reliés par des sections d’arbre ou éventuellement disposés sur des tambours. Des