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Etudes et modélisation des instabilités de combustion dans les moteurs aéronautiques

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Les instabilités de combustion résultent d’un couplage entre des fluctuations de pression ou de vitesse acoustique et des fluctuations de dégagement de chaleur. A partir de l’analyse de travaux publiés par différentes équipes de recherche y compris l’ONERA, ce papier décrit les mécanismes de couplage, les modèles utilisés pour les décrire et les méthodes développées pour prévoir leur apparition. Cette analyse se focalise sur les spécificités liées aux chambres de combustion aéronautique fonctionnant avec un carburant liquide.

Progrès récents pour l'étude du bruit de combustion : depuis la chambre de combustion jusqu'à l'écoulement dans la tuyère

Numéro de Revue:

Pendant longtemps, le bruit des moteurs aéronautiques a été dominé par les bruits du jet et de la soufflante. Avec leur réduction pour les turboréacteurs modernes, par exemple, le bruit de combustion ne peut plus être négligé et des efforts importants sont réalisés pour en améliorer la compréhension. L'objectif du projet européen RECORD est d'aider à la compréhension des mécanismes  fondamentaux de génération de ce bruit, pour ensuite le réduire. Dans cet article, on présente les avancées récentes obtenues dans le cadre du projet concernant le bruit généré à travers une tuyère.

Mesure des propriétés des particules non volatiles à la sortie d’un moteur d’avion

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La croissance constante du trafic aérien et son développement prévu pour les prochaines années soulèvent des questions au sujet de son impact potentiel sur le climat et sur la qualité de l’air près du sol. Jusqu’ici le « smoke number » a été utilisé pour évaluer la quantité de matière sous forme de particules non volatiles émises par les moteurs d’avion mais il s’agit d’une approche très rudimentaire pour les émissions des moteurs modernes.

Activité de recherche pour relever les défis de la combustion pour la propulsion aérospatiale

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L’utilisation de la combustion pour la propulsion aérospatiale est incontournable à long terme. L’amélioration du rendement énergétique, de la sécurité et de la fiabilité, ainsi que la mise en conformité avec des normes environnementales de plus en plus sévères requièrent l’amélioration des technologies existantes et/ou une rupture technologique dans les systèmes de propulsion. Une activité de recherche vigoureuse doit être poursuivie dans le domaine de la combustion pour atteindre ces objectifs.

Installations expérimentales de l’ONERA pour la combustion dans les moteurs de type turbine à gaz et diagnostics optiques associés

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Cet article est destiné à donner une vue d’ensemble des moyens d’essais de l’ONERA permettant de mener des études de combustion dans les foyers de turbines à gaz aéronautiques. Les objectifs des études expérimentales conduites à l’aide de ces moyens sont assez larges et vont de la réalisation de bases de données pour la validation des codes de calculs et des modèles utilisés pour les simulations numériques à la mise au point de systèmes d’injection innovants dans des chambres de type monosecteur, multisecteur ou annulaire complète comme dans le cas des moteurs pour hélicoptères.

Simulation numérique des écoulements réactifs dans les chambres de combustion de statoréacteur et expériences de validation associées.

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Il y a environ vingt ans, les principaux challenges à relever pour prévoir avec précision les écoulements réactifs dans les chambres de combustion de statoréacteur ont été listés dans un article de synthèse. Ces défis étaient regroupés dans cinq catégories : la topologie de l’écoulement, la combustion, les performances et la stabilité, la combustion instationnaire et les transferts thermiques.

Étude expérimentale d’un foyer à faibles émissions pour les turbines à gaz de moyenne puissance

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Cet article décrit les principaux mécanismes de formation des NOx (NO thermique, prompt NO et passage par N2O). Il est démontré que, pour des produits de combustion de température inférieure à 1650 K, le temps de séjour a une faible influence sur la formation des NOx.
Un concept pour la réduction simultanée des NOx et du CO dans un foyer à faibles émissions à temps de séjour long est proposé. Des méthodes pour en organiser le fonctionnement en produisant peu de NOx et de CO sont également proposées. La configuration du foyer à faibles émissions est présentée.

Méthodologie pour la simulation numérique de la formation des polluants dans les foyers de turbine à gaz et expériences de validation associées

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Pour les constructeurs de moteurs d’avion, la formation de polluants comme les NOx ou les particules de suies est une question importante car la réglementation sur les émissions polluantes est de plus en plus sévère. Pour respecter cette réglementation, de nouveaux concepts de foyers de turbine à gaz doivent être développés avec l’aide d’outils de simulation. Dans cet article, nous présentons deux stratégies différentes proposées par l’ONERA et le DLR pour simuler la formation des suies et des NOx dans les chambres de combustion.

Simulation avancée de la combustion dans les foyers aéronautiques

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Le développement de nouveaux concepts de foyers aéronautiques s’appuie sur la meilleure connaissance possible des phénomènes de combustion comme l’allumage et l’extinction, la structure des flammes, les instabilités de combustion ou les émissions polluantes. La simulation numérique, et en particulier l’approche Simulation aux Grandes Échelles, est un outil puissant pour comprendre, prévoir et contrôler les phénomènes physiques couplés présents en combustion turbulente à la fois dans les configurations académiques et appliquées.

Défis de la modélisation pour la simulation numérique des chambres de combustion aéronautiques

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Cet article passe en revue les défis de la modélisation pour la réalisation de Simulations aux Grandes Échelles (SGE) de chambres de combustion aéronautiques. Étant donné que le kérosène est injecté sous forme liquide dans la chambre de combustion, la description de l’atomisation est primordiale. L’article présente d’abord les nombreux défis numériques rencontrés pour décrire ce processus qui mène à la formation de petites gouttes constituant un spray. Les méthodes numériques et les techniques de modélisation permettant de décrire un spray de kérosène sont ensuite présentées.

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