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Equations des turbomachine : turbofan ou la Thermodynamique

 
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Guest






PostPosted: Mon Nov 27, 2006 4:29 am    Post subject: Equations des turbomachine : turbofan ou la Thermodynamique Reply with quote



Bonsoir,
J'ai modelisé un turbofan double flux, trois etages, LP, IP et Haute
Pression

Je voudrais simuler le fonctionnement de la turbomachine en VRML, et
EAI.
Un graphisme en VRML dans une page internet, les parametres seront
modifiables dans des formulaires


Voici une applet java represenant le turbofan et ce que je voudrais
réaliser
http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/ngnsim.html (choissiez CF6
model)
J'ai contacté l'auteur mais il me renvoie au site


Pour commencer je voudrais calculer la pression atmospherique, la
température et la densité de l'air à une altitude h donnée....
J'ai donc cherché un peu sur le net j'ai touvé un site consacré au
trubofan
mais c'est en anglais, cela ne me rebutte pas d'habitude mais le sujet
est
déja bien complexe et cela ne facilite pas la compréhension .
voci la page : http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/atmosmet.html


Ces équations sont elles correctes?, cela me semble etrange.
Compte tenu que si vous avez -50 au sol,et que si la temperature
diminue a
mesure que l'altitude augmente les equations ne conviennent pas...


Il me faut déerminer ces parametres pour calculer la vitesse du son.La

turbomachine à des points de fonctionnement dependant de multiples
paramètres.
Sur le site de la nasa on trouve les equations pour determiner la
poussée
http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/turbfan.html


La premiere chose a determiner serait donc le flux d'air en entrée du
turbofan.et du compresseur IP
Ce volume doit dépendre de la densité de l'air, de la surface de
l'entrée et
de la vitesse.


Sur les documentations constructeurs en anglais, j'ai pu constater que
sur
certaines turbomachnies étaient impanté au moins huit couple de
capterus
pression et thermocouple.
D'ou j'en deuis que les P V r T ne sont pas loin


Plus généralmeent j'aurais besoin des equations correspondant aux
fonctionnement du trubofan.


J'atteins mes limites et n'ayant pas trouvé la "Thermodynamique des
turbomachnies pour les nuls" je m'en remets aux bonnes volontés.


Merci par avance

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arnaud
Guest





PostPosted: Thu Nov 30, 2006 4:53 am    Post subject: Re: Equations des turbomachine : turbofan ou la Thermodynami Reply with quote



Merci pour votre réponse d'une précision qui vous honore

Cela est un bon point de départ je vais commecer à implémenter le script
gace à vos informations

Vous parlez de compréssibilité de l'air, cette compréssibilité limite le
plafond opérationnel des avions? ou est ce la portabilité de l'aéronef qui
impose le plafond ?.
plus l'air est dense plus il est compressible?

Lors d'ue augmentation de pression par compresseur, l'air ralentit et
s'échauffe.Le compresseur créerait une pression dynamique? Qui s'ajoute à la
Pression statique ?

Maintenant prenons la combustion
en entrèe l'air est à
P4 = x bar
T4=y °K
V4 = v m.s-1

en sortie
P5 = a bar
T5 = b °K
V5 = c m.s-1

coment calculer P5, T5 et V5 en fonction de P4, T4,V4, du volume d'air et la
quantité de kérozène injecté?


Je poursuis mes recherches sur l'internet

vous trouverez le turbofan en cours de modélisation à cette adresse :
http://perso.orange.fr/promethee60/data/dev/vrml/models.html
cliquez sur turbofan dans le menu de gauche

Cordialement Arnaud
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Dominique Ottello
Guest





PostPosted: Thu Nov 30, 2006 10:28 pm    Post subject: Re: Equations des turbomachine : turbofan ou la Thermodynami Reply with quote

"arnaud" <bois.a (AT) wanadoo (DOT) fr> écrivait :

Quote:
Lors d'ue augmentation de pression par compresseur, l'air ralentit et
s'échauffe.Le compresseur créerait une pression dynamique? Qui s'ajoute à la
Pression statique ?

Un petit peu plus de détails sur les quatre parties principales d'un
réacteur :
- Entrée d'air
- Compresseur
- Turbine
- Tuyère

- Entrée d'air
Le rôle de la prise d'air est de capter l'air pour alimenter la chambre
de combustion. Elle transforme l'énergie cinétique de l'air capté en
énergie potentielle, par ralentissement de l'écoulement. Les principaux
paramètres utilisés pour les prises d'air sont le coefficient de débit
epsilon = A0/A1 (A0 section du tube de courant capté à l'amont, A1
section d'entrée), l'efficacité êta = Pi2/Pi0 (Pi2 : pression d'arrêt
moyenne dans le plan d'entrée compresseur pour un turboréacteur ou à
l'entrée de la chambre de combustion pour un statoréacteur ; et Pi0 :
pression d'arrêt ambiante).

Pour les avions de transport subsoniques, les prises d'air sont de type
Pitot et de formes sensiblement axisymétriques. Selon le régime du
moteur, le coefficient de débit epsilon peut être supérieur ou inférieur
à 1. La traînée d'une prise d'air résulte des efforts de pression et de
frottement qui s'exercent sur la paroi externe (traînée de carène), mais
aussi d'un terme supplémentaire la résistance additive, résultante des
efforts de pression sur les faces du tube de courant capté entre
l'infini amont et le plan d'entrée. Un dessin soigné du bord d'attaque
de la prise d'air permet d'obtenir des efficacités très proches de
l'unité et de minimiser la traînée de carène.

Pour les véhicules supersoniques, il faut ralentir considérablement
l'écoulement, et l'utilisation de prises d'air Pitot conduirait à la
formation d'ondes de choc droites intenses devant la prise d'air et à de
faibles efficacités. On utilise donc généralement des prises d'air à
compression supersonique externe bidimensionnelles ou axisymétriques
dans lesquelles l'écoulement est ralenti à travers un choc ou une
succession de chocs obliques générés par des rampes. Le fonctionnement
de la prise d'air est représenté par l'évolution de l'efficacité en
fonction du coefficient de débit (caractéristique). Le régime critique
est le régime optimal de fonctionnement, il procure une bonne efficacité
et une marge de sécurité vis-à-vis du pompage. Pour accroître le domaine
de bon fonctionnement de la prise d'air, celle-ci est souvent dotée de
parties mobiles (rampes ou souris) réglables en fonction des conditions
de vol et du régime moteur. L'efficacité de la prise d'air est également
améliorée en aspirant la couche limite qui se développe le long des
rampes de compression à travers un « piège interne » dont le débit est
réinjecté au niveau de la tuyère. Le piège interne permet également de
retarder l'apparition du pompage. Les efficacités maximales obtenues
sont voisines de 0,95 par un nombre de Mach de croisière de 2.


- Compresseurs et turbines
Le compresseur assure un débit au point fixe (V0 = 0), procure de
l'énergie cinétique à l'air qui le traverse et transforme cette énergie
cinétique en pression. À l'inverse, la turbine prélève dans le fluide de
l'énergie de pression, qu'elle transforme en énergie cinétique, puis en
puissance sur l'arbre. On appelle corps un ensemble compresseur-turbine
accouplés sur un même arbre et tournant donc à la même vitesse. Un
turboréacteur peut être mono-, double ou triple corps. Les aubes sont
constituées par un empilage de profils aérodynamiques dont les
caractéristiques géométriques évoluent avec le rayon (corde, épaisseur,
calage, etc.). Une grille est un ensemble d'aubes identiques disposées
sur un même rayon à des intervalles angulaires 2pi/n égaux (n : nombre
d'aubes). Une grille est définie par divers paramètres tels que le
rapport de moyeu Ri/Re (rapport des rayons minimum et maximum), le
rapport des sections S2/S1 de passage du fluide entre la sortie et
l'entrée de la grille, le pas relatif t/c (t : distance qui sépare deux
profils au même rayon ; c : corde des profils à ce rayon). Le rôle d'une
grille, fixe ou mobile, de compression ou de détente, est de modifier la
direction et le module du vecteur vitesse. La déviation est surtout liée
aux caractéristiques des profils (cambrure, calage) et au pas relatif de
la grille. La variation du module de la vitesse est liée au rapport des
sections de passage du fluide entre l'entrée et la sortie de la grille ;
ces sections diminuent pour une compression (S2 > S1) et augmentent pour
une détente (S2 > S1). Dans les études de grille, on est amené à
considérer trois vitesses : la vitesse absolue V, la vitesse relative W
et la vitesse d'entraînement U(U = Omega.r) liées par la relation
V = U + W.

Dans un compresseur axial, les évolutions des vecteurs vitesse entre
l'entrée et la sortie des grilles mobiles ou fixes sont tracées dans des
diagrammes appelés triangles des vitesses, qui évoluent en fonction du
rayon considéré. Le taux de compression est lié à l'augmentation de la
température provenant du ralentissement de l'écoulement dans la grille
mobile (W2 < W1), dans la grille fixe (V3 < V2) et de l'effet centrifuge
(U1 < U2). La variation de température statique dans un étage ne dépasse
généralement pas 15 % en valeur relative (Delta T/T <= 0,15). La
« charge » de l'étage est la variation d'enthalpie (1) correspondante
Delta H = Cp Delta T (Cp, chaleur massique à pression constante). Le
rôle des profils est d'assurer les déviations de l'écoulement avec le
moins de pertes possible, ces pertes étant exprimées à l'aide d'un
coefficient omega = (Pi1 - Pi2)/(Pi1 - p1) (Pi pression d'arrêt, p
pression statique) équivalent au Cx des profils isolés.

On trace l'évolution de ce coefficient en fonction de l'angle d'entrée
b1 de la grille, ce qui correspond aux courbes Cx (a) des profils
isolés. La plage de fonctionnement avec de faibles pertes est beaucoup
plus réduite que pour un profil isolé, du fait des interactions avec les
profils voisins. Cette plage diminue lorsque le nombre de Mach amont
augmente par suite de l'apparition sur les profils d'ondes de choc.
En plus des pertes dues aux couches limites et aux ondes de choc, une
autre source de pertes est l'existence de jeux entre les parties mobiles
et les parties fixes. Ces jeux permettent des écoulements entre
l'intrados et l'extrados de la roue mobile et du stator, appelés
écoulements secondaires. De plus, les sillages d'une grille entrent en
interaction avec les aubes de la grille suivante et la présence
d'organes mobiles rend l'écoulement instationnaire.
Les turbines axiales sont constituées d'étages successifs comprenant une
grille fixe suivie d'une grille mobile ; la grille fixe transforme la
pression du fluide en vitesse et la grille mobile transforme cette
vitesse en travail recueilli sur l'arbre de la roue. L'évolution des
vitesses axiales est obtenue par la loi des sections de passage du
fluide, qui augmentent progressivement. La variation relative de
température dans un étage Delta T/T est comme pour les compresseurs
comprise entre 0,08 et 0,15. Cependant, comme la température est
beaucoup plus élevée que dans le compresseur le Delta T, et, par suite,
la variation d'enthalpie Delta H est environ cinq à six fois plus grande
que pour le compresseur et un étage de turbine peut donc entraîner cinq
à six étages de compresseur (maximum 9). Pour les profils les déviations
sont très élevées (environ de 90 à 120°), les canaux interaubes sont
convergents ; les profils sont beaucoup plus épais que pour les
compresseurs. Les premiers étages de turbine, placés juste en aval de la
chambre de combustion fonctionnent à des températures très élevées. Les
aubes sont refroidies par de l'air prélevé au niveau du compresseur, et
qui circule à l'intérieur des aubes à travers de petits canaux ou des
cavités, et est évacué par des trous disposés sur la surface de l'aube,
permettant ainsi la création d'un film d'air « froid » limitant la
température.

- Tuyères et arrière-corps
Le rôle de la tuyère est de poursuivre la détente de la turbine et de
transformer l'énergie potentielle en énergie cinétique. Cette
transformation procure une poussée (le reste de la poussée provenant du
moteur et de la prise d'air). L'arrière-corps est la partie externe de
la tuyère. Pour les avions subsoniques, les tuyères sont convergentes ;
les flux primaire et secondaire peuvent être séparés, confluents ou
mélangés.

Pour les avions supersoniques, les tuyères sont
convergentes-divergentes ; les débits provenant du piège à couche limite
et des circuits de refroidissement sont réinjectés généralement au
voisinage du col de la tuyère principale. Les sections du col et de
sortie sont réglables de manière à assurer un bon fonctionnement de la
tuyère dans tout le domaine de vol (subsonique, supersonique avec et
sans réchauffe).

Sur un CFM56, il existe de nombreux réglages dont :

RACC (Rotor Active Clearance Control)
Le système RACC est commandé par le FADEC à travers le HMU. Il régule le
jeu entre les aubes du rotor du compresseur HP et le carter du stator.
De l'air prélevé au 5 ème étage du compresseur est modulé en fonction du
N2 et des paramètres de vol. Cet air est introduit dans le logement du
palier n° 3 où il est mélangé avec de l'air pris en sortie de fan. Les
jeux sont maximum quand la vanne RACC est fermée.

HPTCC (High Pressure Turbine Clearance Control)
Le système HPTCC est commandé par le FADEC à travers le HMU. Il régule
le jeu de la turbine HP en modulant le débit d'air prélevé du
compresseur HP pour le refroidissement du carter de turbine HP. Il
assure l'optimisation de la performance de la turbine HP et réduit
l'EGT.

LPTCC (Low Pressure Turbine Clearance Control)
Le système LPTCC est commandé par le FADEC à travers le HMU. Il régule
le jeu de la turbine BP en modulant le débit d'air prélevé du fan pour
le refroidissement du carter de turbine BP.

VSV (Variable Stator Vanes)
Le système VSV positionne les aubages à calage variable du compresseur.
Le FADEC assure une efficacité optimum du compresseur à un régime
constant et une marge de pompage pour un changement de régime du
réacteur. Pendant le démarrage, les VSV sont complètement fermées ;
elles sont complètement ouvertes aux fortes poussées.

VBV (Variable Bleed Valves) (vannes de décharge)
Les VBV sont situées en amont du compresseur HP et commandées par le
FADEC en fonction de la température d'entrée compresseur et du N2. Le
positionnement des VBV va de l'ouverture complète (démarrage, bas
régimes et pendant une décélération rapide) à la fermeture complète aux
régimes élevés.

BSV (Burner Staging Valve)
Vanne de sélection d'injecteurs La BSV est commandée par le FADEC, et
sélectionne l'alimentation en carburant d'un nombre variable
d'injecteurs (nombres différents entre CFM56-5A/B et -5C). La BSV est
fermée pendant la décélération du réacteur et à bas régime ralenti. En
cas de panne du système de commande, un système de sécurité interne
assure l'alimentation de tous les injecteurs.

(1) Enthalpie : en thermodynamique, somme de l'énergie interne et du
produit de la pression multiplié par le volume.


--
"Tarifs-Album" de MANUFRANCE de 1911 : "Note à l'attention de nos clients :
Mesdames et messieurs, sachez que la société MANUFRANCE ne vous vendra pas
1 franc ce qui lui coute 10 francs et que pour 1 franc vous n'en aurez
toujours que pour 1 franc". Dominique Ottello - http://www.ottello.net
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François Meignien
Guest





PostPosted: Thu Dec 07, 2006 2:58 am    Post subject: Re: Equations des turbomachine : turbofan ou la Thermodynami Reply with quote

Quote:
tu sais pas ce que tu perds : verif de calcul de
toute une cellule, d'une aile et 15 heures d'essai en vol...
mais bon, tant pis n'en parlons plus...

Parlons en au contraire !
Si la DGA a accepté ma demande j'arrive à Istres en Avril.....sinon en
septembre... sinon pas du tout...
enfin bon, je croise les doigts et j'espère que mon CV les aura convaincus.
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hpc
Guest





PostPosted: Thu Dec 07, 2006 4:36 am    Post subject: Re: Equations des turbomachine : turbofan ou la Thermodynami Reply with quote

"François Meignien" a écrit :
Quote:

tu sais pas ce que tu perds : verif de calcul de toute une cellule, d'une
aile et 15 heures d'essai en vol...
mais bon, tant pis n'en parlons plus...

Parlons en au contraire !
Si la DGA a accepté ma demande j'arrive à Istres en Avril.....sinon en
septembre... sinon pas du tout...
enfin bon, je croise les doigts et j'espère que mon CV les aura
convaincus.


Tu n'es pas le premier de ta formation que je surprends à parler d'or...Smile
tu me tiens au courant? Viens par là, les PNVdSE t'attendent de pied
ferme....surtout si tu a la delicatesse de nous apporter qq echantillons
d'Irouleguy, Jurançon et autre carburant local de ta base actuelle...Smile)
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François Meignien
Guest





PostPosted: Fri Dec 08, 2006 7:22 pm    Post subject: Re: Equations des turbomachine : turbofan ou la Thermodynami Reply with quote

Quote:
Tu n'es pas le premier de ta formation que je surprends à parler d'or...Smile
tu me tiens au courant? Viens par là, les PNVdSE t'attendent de pied
ferme....surtout si tu a la delicatesse de nous apporter qq echantillons
d'Irouleguy, Jurançon et autre carburant local de ta base actuelle...Smile)

Ca sera Avril :-)

Frnaçois, content !
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hpc
Guest





PostPosted: Sat Dec 09, 2006 12:08 am    Post subject: Re: Equations des turbomachine : turbofan ou la Thermodynami Reply with quote

"François Meignien" a bafouillé:

Quote:
Ca sera Avril :-)

Frnaçois, content !


apparemment, oui, vu que: "tu sais plus comment tu t'appelles"..-:)

bon, ben si tu viens en reconnaissance avant tu fais signe, sinon, on
prevoit pour avril...
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monloui
Guest





PostPosted: Sat Dec 09, 2006 2:52 am    Post subject: Re: Equations des turbomachine : turbofan ou la Thermodynami Reply with quote

hpc a écrit :

Quote:
"François Meignien" a bafouillé:

Ca sera Avril :-)

Frnaçois, content !


apparemment, oui, vu que: "tu sais plus comment tu t'appelles"..-Smile
**

ça, c'est dû au "Gand"
la déguss de la "coopé" est redoutable.Smile
vieux souvenirs.
tiens,je me rappele d'un gus qui avait fait une "horloge universelle" chez
lui,une maisonnette en bordure de la route.un passionné de maths et de
mécanique.
bienvenu chez nous.
le printemps s'annonce chaud.
@+
Louis
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