5.2.1 Description générale du banc d’essais
Le Disque Aubagé Monobloc de cette étude a été adapté sur le banc de friction en rotation sous vide de la « Plate-forme Machines Tournantes » du LTDS/D2S à l’École Centrale de Lyon sur lequel ont été précédemment effectuées des campagnes d’essais de caractérisation du frottement en pied d’aube et de frotteurs sous plates-formes.
Ce banc permet d’étudier un disque en rotation dans une chambre à vide afin de s’affranchir des effets aérodynamiques. Une photographie de ce banc est proposée en figure5.2. Le montage a donc
Disque Aubagé Monobloc Cloche à vide
FIG. 5.2 Banc d’essais
été modifié pour intégrer un Disque Aubagé Monobloc et plusieurs améliorations ont été appor-tées. Un système de télémétrie pour l’acquisition des données de mesure en rotation a été intégré et les possibilités d’excitation ont été étendues. D’autre part, un disque d’adaptation permettant la fixation du Disque Aubagé Monobloc sur l’arbre existant ainsi que celle du boîtier de mesure a été rajouté (voir figure5.3). La conception de ce disque a fait l’objet d’un compromis de façon à mini-miser son influence sur la dynamique du disque aubagé pour les modes cibles tout en minimisant
5.2. Méthodes expérimentales 149
DAM
Disque d’adaptation
Arbre
Boîtier électronique
FIG. 5.3 CAO du montage expérimental comprenant le DAM, le disque de liaison, le boîtier électro-nique et l’arbre.
sa masse. En effet, une masse ajoutée trop importante aurait abaissé la première vitesse critique de l’arbre et ainsi limité la plage de vitesse de fonctionnement de la machine.
5.2.2 Caractéristiques du dispositif d’excitation
L’excitation du DAM en rotation est assurée par des actionneurs piézoélectriques (plaques céra-miques de dimension 30 × 10 × 1mm équipées de relais) positionnés au niveau de la toile du disque sur la circonférence (figure5.4).
Le choix de cette implantation répond à plusieurs contraintes :
– les niveaux de déformation pour les modes considérés sont quasiment maximaux dans cette zone ce qui assure une efficacité maximale de l’excitation piézo-électrique en terme de trans-fert des efforts ;
– la perturbation de la dynamique des aubes, qui nous intéresse principalement, est minime ;
Commutateurs de phase Actionneurs piézoélectriques
Boîtier de mesure
FIG. 5.4 Détails du dispositif d’excitation implanté sur le Disque Aubagé Monobloc
– la surface (couronne) est plane ce qui facilite le collage des plaques céramiques et assure une bonne efficacité de celles-ci.
Au niveau de la couche de colle isolante (de type Epoxy), une couche conductrice a été intégrée afin d’appliquer la différence de potentiel électrique entre les électrodes des plaques céramiques.
Ces actionneurs sont en huit groupes de trois sur chaque face du disque. Ils ont des polarités orientées de façon identique et sont connectés en parallèle au sein d’un même groupe ; ils sont donc sujets à une même élongation pour une tension donnée. Entre chaque groupe, un commutateur de phase électronique est introduit ce qui permet de faire varier la distribution spatiale de l’excitation. Ces commutateurs sont déportés au niveau de la base du disque comme le montre la figure5.4. Les déphasages possibles sont 0 ou π. L’excitation globale est périodique selon la circonférence et les différentes combinaisons de déphasage permettent de faire varier son nombre de diamètres (ou
ordre) :
– lorsque tous les groupes sont en phase, la période de l’excitation est de π/4, on a donc poten-tiellement une excitation à 0 ou 8 diamètres nodaux ;
– lorsque qu’on introduit un déphasage de π tous les quatre groupes, la période est de 2π et l’excitation est à 1 diamètre nodal ;
– avec un déphasage de π tous les deux groupes, l’excitation est à 2 diamètres nodaux (période π) ;
– enfin, en déphasant tous les groupes, on obtient une excitation à 4 diamètres nodaux et de période π/2.
La figure5.5résume ces possibilités.
5.2. Méthodes expérimentales 151 ordre 0 ou 8 ordre 1 ordre 2 0 50 100 150 200 250 300 350 angle ordre 4
FIG. 5.5 Illustration des différentes distributions d’excitation réalisables par les déphasages entre les groupes d’actionneurs.
D’autre part, le dispositif d’excitation permet de réaliser des excitations fixes et tournantes dans le repère tournant. En effet, les faces amont et aval sont équipées d’actionneurs piézoélectriques qui génèrent indépendamment une excitation fixe périodique selon la circonférence et avec un nombre d’onde que l’on peut faire varier comme nous venons de le voir. Pour générer une excitation tour-nante, il faut combiner les deux faces d’excitation et contrôler les phases de leur alimentation tem-porelle. Physiquement, les deux séries de plaques piézoélectriques (faces amont et aval) sont déca-lées d’un angle de π/8. Lorsqu’elles sont alimentées en quadrature temporelle, l’excitation globale est tournante car constituée de deux contributions fixes en quadrature spatiale et temporelle. Le déphasage spatial choisi étant fixe, pour des raisons évidentes de montage, il est optimal pour les excitations à quatre diamètres nodaux (qui ont été privilégiées) mais ne l’est pas pour les excitations à un ou deux diamètres nodaux (présence d’une composante fixe).
5.2.3 Instrumentation
La mesure est réalisée au moyen de douze jauges de déformation disposées sur le disque au-bagé. Huit d’entre elles sont sur les pales (voir figure5.6) et les quatre restantes sont sur la partie
supérieure de la jante du disque. Les choix de l’orientation et de la position des jauges ont fait l’ob-jet d’un compromis de façon à maximiser les déformations mesurées pour tous les modes cibles. L’acquisition des données est assurée par télémétrie. De plus la calibration du dispositif de mesure
FIG. 5.6 Position des jauges sur les pales
(détaillée plus loin) a été réalisée par corrélation avec des mesures par vélocimétrie laser. Enfin, d’autres mesures relatives aux conditions de l’environnement expérimental sont également effec-tuées ; on mesure ainsi la vitesse de rotation, la pression dans l’enceinte, la température et les ni-veaux vibratoires sur les paliers de l’arbre.