Assessment and optimisation of guide fins for corner separation control in a compressor cascade

Le décollement de coin est un des phénomènes majeurs limitant l’opérabilité des compresseurs aéronautiques modernes. Les techniques avancées de dessin de stator visant à limiter ce décollement atteignent leurs limites dans un contexte où la charge aérodynamique demandée à chaque étage est de plus en plus importante. Ainsi, l’ajout d’effet technologique de contrôle présentent un intérêt majeur pour dé-contraindre le dessin des stators et améliorer leurs performances. Cependant, la physique du décollement de coin est complexe, et les effets technologiques étudiés actuellement reposent sur un fort empirisme (Vortex Generator) ou sur des techniques d’optimisation dénuées de règles aérodynamiques (Contouring 3D). Ce travail se focalise sur une technologie de contrôle appelée « ailette », que l’on définit ici comme « un profil aérodynamique de forme a priori non conventionnelle fixé sur le moyeu ». Au travers des ailettes, les objectifs de cette thèse sont a) d’établir des bases de règles de conception de moyens de contrôle passif du décollement de coin, et b) d’identifier les mécanismes physiques participant à réduire le décollement de coin. Le travail de cette thèse repose sur le contrôle du décollement de coin dans une configuration simple (grille linéaire de stator basse vitesse) dont les conditions aérodynamiques sont minutieusement contrôlées. Dans un premier temps, une chaine numérique permettant l’évaluation par calculs Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) de formes d’ailettes variées est mise en place. Une paramétrisation intégrant des contraintes aérodynamiques est développée (15 paramètres). Compte tenu de la complexité des formes en jeu, une approche de maillage hybride (structuré-non structuré) est utilisée. Les limites de la modélisation RANS sont clairement identifiées, et la correction Quadrative Constitutive Relation (QCR) est utilisée pour améliorer cette modélisation. Cette chaine numérique est ensuite utilisée au sein d’un processus d’optimisation visant à réduire le décollement de coin dans des conditions nominale et proche instabilité. Compte tenu du coût numérique relativement élevé des simulations RANS, une méthode de raffinement itératif de métamodèle de Krigeage est effectuée. Grâce à cette méthode, deux espaces de conception sont explorés. Une base de données RANS d’ailettes efficaces est générée pour chacun, ainsi que des métamodèles (basse fidélité) de Krigeage prédisant l’influence des paramètres de dessin des ailettes sur les per