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Il s'agit un projet de recherche fondamentale / recherche industrielle / développement expérimental coordonné par l'Institut de Mathématiques de Toulouse. Il associe aussi le CERFACS, l'ONERA et la SNECMA. Le projet a commencé en janvier 2009 pour une durée de 36 mois : il bénéficie d'une aide ANR (ANR-08-SYSC-001) de 400 k€ pour un coût global de l'ordre de 850 k€.



Problématique et enjeux industriels

Les parois de la chambre de combustion des moteurs d'avion ou d'hélicoptère doivent être refroidies pour éviter qu'elles se détériorent rapidement. Ceci est réalisé en entourant cette chambre par une seconde chambre, appelée chambre de contournement, contenant de l'air extérieur mis sous pression. Cet air peut de cette façon être injecté par de multiples perforations de petite taille, de l'ordre du demi-millimètre, réparties régulièrement et disposées en quinconce. Les perforations dans les parois réalisent un couplage entre les chambres de combustion et contournement qui modifie les modes et les fréquences de résonance acoustique du système. Leur influence est donc cruciale pour la prévision des instabilités de combustion dans les moteurs utilisés par l'industrie aéronautique. Ces instabilités résultent d'une interaction entre la combustion et les fluctuations de pression d'origine acoustique et peuvent engendrer de graves dysfonctionnements du moteur pouvant aller jusqu'à sa destruction. La simulation numérique de ce type de phénomène est devenue de ce fait un enjeu industriel majeur suite surtout aux normes environnementales de plus en plus contraignantes relativement aux émissions de gaz dans l'atmosphère. Les phénomènes multi-échelle, résultant des petites perforations, rendent totalement impraticable une approche basée sur une simulation numérique directe. L'étude de la stabilité de la combustion doit donc passer par une modélisation des parois multiperforées.

Un projet résolument multidisciplinaire

La finalité du projet est claire : développer des méthodes numériques qui prennent en compte les effets de couplage acoustique entre deux chambres à travers une paroi multi-perforée. Cet objectif nécessite de mettre en oeuvre des compétences variées et doit passer par la collaboration entre différentes équipes. La construction des modèles mathématiques est effectuée par l'Institut Mathématique de Toulouse. Ces modèles, de type Howe, ne nécessitent notamment pas de maillage des perforations de petite taille et capturent la plupart des phénomènes physiques ayant lieu au niveau des petites échelles. Ils réduisent donc considérablement les coûts de calcul et permettent la prise en compte des parois multiperforées dans les codes de calculs industriels. Le CERFACS confronte ces modèles à des simulations numériques directes effectuées sur le code AVSP ; l'ONERA réalise des expériences sur banc Aéro-thermo- Acoustique mené à l'aide de mesure non intrusive. Enfin la SNECMA valide ces modèles d'un point de vue industriel.

Mise à jour : 2013-01-22