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Meilleure collaboration dans la simulation numérique : Cerfacs et Turbomeca calculent simultanément turbine et chambre de combustion

Cerfacs et Turbomeca ont décroché ce 23 juin le prix de la meilleure collaboration des Trophées de la simulation numérique 2015, organisés par le pôle Teratec et L'Usine Digitale.
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Meilleure collaboration dans la simulation numérique : Cerfacs et Turbomeca calculent simultanément turbine et chambre de combustion
Meilleure collaboration dans la simulation numérique : Cerfacs et Turbomeca calculent simultanément turbine et chambre de combustion

Le Cerfacs (Centre Européen de Recherche et de Formation Avancée en Calcul Scientifique) a pour objectif de développer des méthodes de simulation numérique avancées et des solutions algorithmiques qui répondent aux plus grands problèmes scientifiques et techniques abordés dans la recherche publique et industrielle.

 

L'un de ces problèmes est la conception de moteurs aéronautiques, qui se fait aujourd'hui de façon segmentée, chaque élément étant au départ conçu indépendamment des autres. Une méthode qui résulte d'un manque d'optimisation manifeste, notamment au niveau de la turbine haute pression. C'est l'un des composants le plus finement dimensionné du moteur, soumis à des contraintes aéro-thermo-mécaniques très sévères dans un environnement extrêmement chaud, et qui subit de plein fouet l'écoulement de gaz issus de la chambre de combustion.

 

"Aujourd'hui on conçoit d'abord la chambre de combustion, et ensuite la turbine, explique Laurent Gicquel, directeur de recherche au Cerfacs. Ni les équipes ni les outils ne sont intégrés. Avec TurboAVBP, il n'y a un seul outil. Cela permet d'avoir de meilleurs retours, sans perte d'information, et de mieux simuler pour s'assurer que l'ensemble soit en parfaite adéquation."

 

Simulation aux grandes échelles

 

Pour relever ce défi, les équipes du Cerfacs et de Turbomeca (groupe Safran) ont collaboré pendant 4 ans et demi pour construire et valider une solution numérique reposant sur le code de calcul HPC (calcul haute performance) du Cerfacs AVBP, initialement dédié aux seules chambres de combustion. L'outil en résultant, capable de simuler des écoulements turbulents, a été nommé TurboAVBP. "La première brique élémentaire, le code de calcul, existait déjà. Il est basé sur la simulation aux grandes échelles, mais n'était utilisé qu'en R&D. Le but était d'étendre le domaine d'application vers la conception de la chambre et de la turbine de la manière la plus intégrée possible," précise Laurent Gicquel.

 

Suite à cet effort commun en matière de recherche et d'intégration dans le processus industriel, Turbomeca est devenu le premier industriel de l'aéronautique au monde capable de simuler ensemble la chambre de combustion et le premier étage de la turbine. le tout avec temps de calcul de l'ordre d'une  dizaine de jours, au prix de quelques simplifications. Quant au Cerfacs, sa participation au projet lui confère une visibilité scientifique de premier ordre car ses recherches scientifiques sont régulièrement citées par les concurrents industriels de Turbomeca.

Preuve supplémentaire du succès de la collaboration, les doctorants et post-doctorants des divers projets sont maintenant employés au sein de Safran.

 

Ci-dessous, un exemple de simulation de la chambre de combustion (partie supérieure) et du premier étage de la turbine (partie avec les pales fixes et tournantes) d'un hélicoptère :

 

Les gaz chauds générés dans la chambre de combustion sont visibles en jaune (très chaud) et rouge (un peu moins chaud). Les parois des pales de la turbine sont également colorées par la température des gaz, qui vont du bleu (froid) au rouge (chaud).

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