Thèse - Méthodes Fréquentielles pour la Prédiction de Réponses Vibratoires des Machines Tournantes H/F Safran

Au sein du Bureau d'Etudes Système Propulsif, cette thèse CIFRE consiste à développer une simulation de machine électrique couplée à une transmission de puissance par engrenages, pour des applications de génération électrique et d'hybridation de turbomachine.

Dans un effort continu pour augmenter l'efficacité de ses turbomachines et répondre aux exigences environnementales, Safran explore les concepts d'hybridation, en insérant des moteurs électriques dans la chaîne de motorisation. Toutefois, l'intégration mécanique de tels moteurs impose l'installation d'une chaîne de transmission mécanique spécifique, permettant le couplage avec la source d'énergie primaire provenant de la combustion. Cette chaîne mécanique, ainsi que les effets du moteur électrique, modifient les comportements dynamiques observés, tels que la stabilité du système.

Afin de dimensionner précisément ces systèmes non-linéaires complexes, il est donc crucial de simuler l'ensemble de la chaîne incluant les effets électriques, électromagnétiques et mécaniques, tout en maintenant des durées de simulation compatibles avec les exigences des bureaux d'études et les temps de cycles de conception.

Ainsi, l'efficacité de la simulation développée durant la thèse sera évaluée du point de vue de la modélisation et des méthodes numériques de résolution. Le fort couplage entre les différentes dynamiques, les excitations paramétriques et les comportements non linéaires seront ciblés dans la modélisation pour révéler les changements de dynamique. On s'appuiera pour cela sur l'expertise développée au LaMCoS (Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures, Villeurbanne) dans le domaine des approches angulaires pour traiter les conditions de fonctionnement non stationnaires, de la modélisation des composants constitutifs, et de la maîtrise d'outils de résolution et d'analyse offerts par les méthodes de continuation développée au sein de l'AHBM (Adaptive Harmonic Balance Method).

L'application industrielle ciblée sera constituée d'une architecture hybridée comportant une machine électrique accouplée à une transmission de puissance mécanique. La complexification des modèles s'orientera tout d'abord par l'intégration de modèles de comportement dynamique des différents composants, dans le formalisme de l'AHBM (couplage de comportements paramétriques et de la non-linéarité induite par la vitesse de rotation). Puis les modèles seront rendus de plus en plus fins dans la description des comportements, avec notamment l'intégration de non-linéarité de différentes natures (saturation magnétique, efforts de contact, effet gyroscopique ou centrifuge, ...). Des excitations externes pourront être prises en compte, en particulier dans la commande de la machine électrique, en fin de thèse. Pour terminer, des essais sur un banc dédié pourront être pris en compte afin de corroborer les études faites en simulation.