Lancement du projet VibSEA : prédiction des vibrations des moteurs d’avion

Contrôler les vibrations hautes fréquences des moteurs d’avion

Le projet VibSEA constitue une réponse au besoin des fabricants de moteurs d’avions d’étendre le domaine d’observation et de contrôle du comportement vibratoire des systèmes conçus. En phase de prédimensionnement ou de conception, les méthodes numériques couramment utilisées montrent des limites lorsque l’analyse se porte sur des fréquences élevées. VibSEA propose de mettre en œuvre une méthode systématique pour prédire ces comportements vibratoires jusqu’à 10kHz, basée sur une approche hybridant les éléments finis (FEA) et l’analyse statistique énergétique (SEA – Statistical Energy Analysis).

Les méthodes moyennes et hautes fréquences basées sur
la représentation statistique de l’énergie

Au fur et à mesure que la fréquence d’analyse augmente, les phénomènes vibratoires se réduisent en taille et se localisent sur des zones homogènes (sous-systèmes) de la structure entre lesquelles des transferts d’énergie se produisent en fonction des excitations. Alors que les méthodes traditionnelles par éléments finis (FEA) nécessitent en pratique une discrétisation très fine (requérant des ressources informatiques excessivement importantes) associée à une gestion de la dispersion, l’analyse statistique énergétique (SEA) propose une description de ces sous-systèmes sur la base de l’énergie vibratoire moyenne en réponse à une sollicitation donnée et transmise de proche en proche à travers le système étudié.

Etablie depuis quelques dizaines d’années et implémentée chez ESI dans le logiciel VA One, la SEA est une méthode prédictive qui a fait ses preuves à travers divers secteurs de l’industrie dont l’aéronautique.

Récemment, des approches innovantes ont permis d’établir une méthode hybride couplant des sous-systèmes SEA via des sous-structures FEA afin de simuler les moyennes fréquences. En effet, la méthode FEA permet de mieux représenter que la SEA les parties plus rigides du modèle à ces fréquences-là. Cette méthode hybride FEA-SEA a été implémentée dans le logiciel VA One utilisé pour le projet VibSEA afin de pouvoir combiner les apports de chaque approche et d’étudier le système sur un spectre de fréquences étendu.

Accompagnés d’une campagne d’essai réalisée sur pièce réelle, les choix de modélisation sont qualifiés, et les simulations mises en œuvre en vue d’établir une démarche systématique se démarquant des pratiques empiriques nécessitant une expérience accrue des méthodes énergétiques. Cette démarche méthodologique est une composante forte du projet VibSEA en termes d’objectifs.

Un projet initié par un fournisseur de rang 1 et bénéficiant d’un financement de l’Union Européenne

ESI et le CETIM se sont associés pour réaliser ce projet soutenu par CleanSky, partie intégrante du programme de recherche Européen Horizon 2020 dans le cadre de la convention de subvention n° 831893

D’une durée de trois ans (2019 à 2022), le projet VibSEA est piloté par le CETIM qui apporte également son expertise technique de caractérisation expérimentale, tandis que le volet simulation est porté par ESI Group.

Les perspectives du projet sont significatives pour les équipes du fabricant qui pourront s’appuyer sur des analyses prédictives en vibrations hautes fréquences, effectuées sur les concepts des nouvelles générations de moteurs d’avion. A cet effet, l’initiateur du projet met à disposition des partenaires l’un des composants clés de ses systèmes de propulsion en tant que pièce d’étude.