STAGE - Estimation du couple instantané dans les turbomachines à partir de la vitesse angulaire F-H
Contexte :
Dans les turbomachines, le couple produit (ou absorbé) joue un rôle fondamental pour le contrôle, l'efficacité, la sécurité et l'optimisation.
Cependant, mesurer directement le couple (capteurs de couple, transducteurs) peut être coûteux, encombrant, ou peu pratique dans certaines installations, en particulier à haute vitesse, haute température, ou en milieu difficile.
La vitesse angulaire instantanée (et ses fluctuations) est plus facile à mesurer (encodeur, capteur optique, capteur inertiel, etc.). Des travaux dans les moteurs à combustion interne montrent qu'on peut estimer le couple indiqué (partie du couple issue de la combustion) à partir de la variation de vitesse et d'un modèle inertiel ou dynamique.
Pour les turbomachines, bien que la physique soit différente (fluide, rotor, interaction fluide-structure, pertes aérodynamiques, frottement, inerties rotorales, etc.), la méthode pourrait être adaptée pour obtenir des estimations du couple instantané. Cela pourrait servir à la régulation, au diagnostic, à la maintenance prédictive, ou à optimiser le fonctionnement en temps réel.
Ce stage s'inscrira en amont d'une thèse en préparation qui portera sur le sujet de l'estimation du couple à partir des mesures de vitesse instantanée dans l'environnement turbomachine.
Objectifs du stage :
1) Revue bibliographique
2) Modélisation théorique
- Établir un modèle dynamique du système turbomachine + arbre + inerties rotoriques et ses pertes (aérodynamiques, frottement, pertes dans roulements, pertes fluides).
- Formuler l'équation de mouvement
3) Développement d'une méthode d'identification
- Identifier les paramètres du modèle : inertie (J), coefficients de perte, etc.
- Utiliser les signaux mesurés : vitesse angulaire instantanée, éventuellement pression/fluides, température, débit.
- Appliquer des méthodes de filtrage / estimation : (filtre de Kalman, observateur linéaire ou non linéaire, méthodes spectrales, analyse harmonique, apprentissage machine, etc.).
4) Mise en œuvre expérimentale / simulation
- Appliquer les méthodes sur les mesures de turbomachine (ou rotor simplifié) dans laquelle on peut mesurer la vitesse et, si possible, avoir une mesure de référence du couple pour validation.
- Faire des simulations numériques (dynamique de rotation) pour tester la méthode sur des cas contrôlés.
5) Validation et analyse des résultats
- Comparaison entre couple estimé et couple mesuré/référence sur différents types d'exploitation : régime stable, régime transitoire (démarrage, changements de charge, accélération, décélération) et fluctuations.
- Évaluation des erreurs, robustesse (bruit, incertitudes de modèle, variation de température ou fluide, etc.).
- Sensibilité des résultats aux incertitudes des paramètres (inertie, pertes) et aux caractéristiques de la mesure de vitesse (résolution, bruit).
6) Préparer la thèse : identifier les verrous restants, améliorations, capacité d'extensions vers machines réelles
Contexte :
Dans les turbomachines, le couple produit (ou absorbé) joue un rôle fondamental pour le contrôle, l'efficacité, la sécurité et l'optimisation.
Cependant, mesurer directement le couple (capteurs de couple, transducteurs) peut être coûteux, encombrant, ou peu pratique dans certaines installations, en particulier à haute vitesse, haute température, ou en milieu difficile.
La vitesse angulaire instantanée (et ses fluctuations) est plus facile à mesurer (encodeur, capteur optique, capteur inertiel, etc.). Des travaux dans les moteurs à combustion interne montrent qu'on peut estimer le couple indiqué (partie du couple issue de la combustion) à partir de la variation de vitesse et d'un modèle inertiel ou dynamique.
Pour les turbomachines, bien que la physique soit différente (fluide, rotor, interaction fluide-structure, pertes aérodynamiques, frottement, inerties rotorales, etc.), la méthode pourrait être adaptée pour obtenir des estimations du couple instantané. Cela pourrait servir à la régulation, au diagnostic, à la maintenance prédictive, ou à optimiser le fonctionnement en temps réel.
Ce stage s'inscrira en amont d'une thèse en préparation qui portera sur le sujet de l'estimation du couple à partir des mesures de vitesse instantanée dans l'environnement turbomachine.
Objectifs du stage :
1) Revue bibliographique
2) Modélisation théorique
- Établir un modèle dynamique du système turbomachine + arbre + inerties rotoriques et ses pertes (aérodynamiques, frottement, pertes dans roulements, pertes fluides).
- Formuler l'équation de mouvement
3) Développement d'une méthode d'identification
- Identifier les paramètres du modèle : inertie (J), coefficients de perte, etc.
- Utiliser les signaux mesurés : vitesse angulaire instantanée, éventuellement pression/fluides, température, débit.
- Appliquer des méthodes de filtrage / estimation : (filtre de Kalman, observateur linéaire ou non linéaire, méthodes spectrales, analyse harmonique, apprentissage machine, etc.).
4) Mise en œuvre expérimentale / simulation
- Appliquer les méthodes sur les mesures de turbomachine (ou rotor simplifié) dans laquelle on peut mesurer la vitesse et, si possible, avoir une mesure de référence du couple pour validation.
- Faire des simulations numériques (dynamique de rotation) pour tester la méthode sur des cas contrôlés.
5) Validation et analyse des résultats
- Comparaison entre couple estimé et couple mesuré/référence sur différents types d'exploitation : régime stable, régime transitoire (démarrage, changements de charge, accélération, décélération) et fluctuations.
- Évaluation des erreurs, robustesse (bruit, incertitudes de modèle, variation de température ou fluide, etc.).
- Sensibilité des résultats aux incertitudes des paramètres (inertie, pertes) et aux caractéristiques de la mesure de vitesse (résolution, bruit).
6) Préparer la thèse : identifier les verrous restants, améliorations, capacité d'extensions vers machines réelles
Job Requirements
Etudiant bac+5 avec compétences suivantes
Traitement du signal et d'image
• Analyse vibratoire et modélisation mécanique
• Programmation MATLAB/Python
• Connaissances en dynamique vibratoire des rotors et systèmes mécaniques
• Appétence pour la recherche et développement, possibilité de poursuivre une thèse
Job Requirements
Etudiant bac+5 avec compétences suivantes
Traitement du signal et d'image
• Analyse vibratoire et modélisation mécanique
• Programmation MATLAB/Python
• Connaissances en dynamique vibratoire des rotors et systèmes mécaniques
• Appétence pour la recherche et développement, possibilité de poursuivre une thèse
But what else? (advantages, specific features, etc.)
-
But what else? (advantages, specific features, etc.)
-
Company Information
Safran is an international high-technology group, operating in the aviation (propulsion, equipment and interiors), defense and space markets. Its core purpose is to contribute to a safer, more sustainable world, where air transport is more environmentally friendly, comfortable and accessible. Safran has a global presence, with 100,000 employees and sales of 27.3 billion euros in 2024, and holds, alone or in partnership, world or regional leadership positions in its core markets.
Safran is in the 2nd place in the aerospace and defense industry in TIME magazine's "World's best companies 2024" ranking.
* CFM International is a 50/50 joint venture between Safran Aircraft Engines and GE Aerospace Because we are convinced that each talent counts, we value and encourage applications from people with disabilities for our job opportunities.
Company Information
Safran is an international high-technology group, operating in the aviation (propulsion, equipment and interiors), defense and space markets. Its core purpose is to contribute to a safer, more sustainable world, where air transport is more environmentally friendly, comfortable and accessible. Safran has a global presence, with 100,000 employees and sales of 27.3 billion euros in 2024, and holds, alone or in partnership, world or regional leadership positions in its core markets.
Safran is in the 2nd place in the aerospace and defense industry in TIME magazine's "World's best companies 2024" ranking.
* CFM International is a 50/50 joint venture between Safran Aircraft Engines and GE Aerospace Because we are convinced that each talent counts, we value and encourage applications from people with disabilities for our job opportunities.