Phénomènes aéroélastiques dans les soupapes de réglage à siège cranté

par Zhenxia Ma

Thèse de doctorat en Energétique

Sous la direction de Jacques Huetz.

Soutenue en 1989

à Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris .

mots clés

• Soupape à siège cranté
• Instationnarité
• Moteurs -- Soupapes
• Aéroélasticité

Résumé

Dans les soupapes de réglage classiques au siège lisse, l'écoulement au-delà du col est constitue aux faibles levées d'une nappe de courant supersonique qui peut être à l’origine d'instabilités. Un siège à créneaux est alors adopté pour y remédier. Cette technique a été employée dans les soupapes combinées CP2; une soupape prototype p4 n#o 1 avec siège à créneaux a été essayé et a montré des vibrations importantes sur une certaine plage de fonctionnement. L’analyse des essais en soufflerie effectués sur une maquette de cette dernière soupape a permis de dégager les caractéristiques de ce phénomène vibratoire: il disparait lorsque le clapet échappe aux crans, et d'autre part lorsque le rapport de la pression aval sur la pression amont devient inferieur à une certaine valeur dépendant de la levée. Une hypothèse qui met en cause l'écoulement de fuite entre clapet et crans s'avère cohérente avec l'ensemble des observations expérimentales. Des essais complémentaires ont confirmé qu'il s'agissait d'un phénomène d'interaction aéroélastique. Le calcul des modes propres du système basé sur l'évaluation en écoulement pseudo-stationnaire de l'effort, n'a pas permis de retrouver les fréquences expérimentales. On a alors essayé de prendre en compte les termes instationnaires de cet effort en se plaçant sur une géométrie simplifiée et en incompressible seulement, mais cette modélisation qui ne tient compte d'aucune interaction avec l'écoulement principal ne permet pas non plus d'améliorer la théorie. Par contre l'introduction des conditions aux limites instationnaires a la sortie du canal de fuite ouvre la voie a une modélisation plus satisfaisante. Parallèlement a cette analyse des causes, on a cherché à limiter expérimentalement les vibrations des soupapes CP2. Lors des premiers essais, des vibrations se sont manifestées dans tout le domaine de levée et de rapport de pression.

Titre traduit

Aeroelastic phenomena in notched-seat control waves

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