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Conception préliminaire de disques de turbine axiale pour moteurs d'aéronefs

Ouellet, Yannick (2013). Conception préliminaire de disques de turbine axiale pour moteurs d'aéronefs. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La conception préliminaire d'un rotor de turbine possède un impact important sur l'architecture du moteur, car elle définit les bases et fournit une évaluation de la performance, du poids et du coût du produit fini. De ce fait, la durée de cette phase préliminaire est critique dans l’obtention d’opportunités commerciales. L’augmentation de la précision de la phase préliminaire du moteur allège également la phase de conception détaillée, ce qui réduit la durée du cycle global de développement du produit.

Cette phase préliminaire contient des éléments retardant son processus, tel que le peu d’interopérabilité des systèmes utilisés, l’incompatibilité des logiciels et la gestion inefficace des données. Afin de surmonter ces barrières, le premier module d'un nouvel outil de conception et d'analyse a été développé pour le disque du rotor. Cette plateforme assure l'intégration des outils CAD (Computer Aided Design) & CAE (Computer Aided Engineering) contrôlés à partir d'une interface graphique unique.

La plateforme développée est ensuite lié à différentes méthodes d'optimisation (algorithmes, configurations) afin d'automatiser la conception des disques et déterminer leur impact sur l'optimisation structurelle du rotor. Cette méthode a permis de réduire la durée du cycle de conception et améliorer de la performance des pièces. Les essais ont été réalisés à partir de deux disques références de P&WC.

L'architecture de la plateforme a également été employée dans le développement de chartes de conception afin de permettre la visualisation des performances des disques dans l’espace de design. Quatre disques de turbine à haute pression de P&WC ont été utilisés pour produire les diagrammes techniques et évaluer l'effet de divers paramètres.

Le nouvel outil D&A (Design and Analysis) soutenant les disques, combiné aux séquences d’optimisation et aux chartes de conception, s’avère profitable au niveau de la performance mécanique des pièces et de l’effort de conception requis.

Titre traduit

Preliminary design of a axial turbine discs for aircrat engines

Résumé traduit

The preliminary design phase of a turbine rotor has an important impact on the architecture of a new engine definition, as it sets the technical orientation right from start and provides a good estimate of product performance, weight and cost. In addition, the execution speed at this preliminary phase has become critical into capturing business opportunities. Improving upfront accuracy also alleviates downstream detailed design work and therefore reduces overall product development cycle time.

This preliminary phase contains elements slowing down its process, including low interoperability of currently used systems, incompatibility of software and ineffective management of data. In order to overcome these barriers, we have developed the first module of a new Design and Analysis (D&A) platform for the rotor disc. This complete Platform ensures integration of different tools processing in batch mode, and is driven from a single graphical user interface.

The platform developed has been linked with different optimization methods (algorithms, configuration) in order to automate the disc design and propose best practices for rotor structural optimization. This methodology allowed reduction in design cycle time and improvement of performance. It was applied on two reference P&WC axial discs.

The platform’s architecture was also used in the development of reference charts to better understand disc performance within given design space. Four high pressure rotor discs of P&WC turbofan and turboprop engines were used to generate the technical charts and understand the effect of various parameters.

The new tools supporting disc D&A, combined with the optimization process and reference charts, has proven to be profitable in terms of component performance and engineering effort inputs.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie, concentration aérospatiale". Bibliographie : pages 125-128.
Mots-clés libres: Rotors (Aéronautique) Conception assistée par ordinateur. Avions Turbines à gaz Conception assistée par ordinateur. Logiciels Développement. Avions Moteurs. disque, axial, pateforme, intégration, optimisation, chartes
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Moustapha, Hany
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Garnier, François
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 11 déc. 2013 18:57
Dernière modification: 10 mars 2017 20:44
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1163

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