“Amortiguación de un turbocompresor aeronáutico”

Como parte de un proyecto de aplicación industrial comandado por Safran Aircraft Engines, uno de los líderes mundiales en la industria de los motores aeronáuticos, he sido llevado a estudiar un sistema turbocompresor de un motor SR305 con el propósito de reducir las solicitaciones vibratorias transmitidas por el motor en un 30%.

Con este objetivo, es primordial identificar las frecuencias naturales del sistema, así como las frecuencias de las solicitaciones teniendo en cuenta la presencia de armónicos. Un análisis modal ha sido llevado a cabo a partir de un modelo CAO creado en CATIA V5. La presencia de pequeñas piezas complejas de importancia menor ocasiona que los cálculos sean largos, con lo cual se ha necesitado una simplificación del modelo actual.

Una primera estrategia de simplificación ha sido la de recrear las piezas con el objetivo de aliviar los cálculos. Dividir el sistema en sub-partes permitió poder centrar las piezas a modificar. Posteriormente, se produjo una reorientación hacia una metodología de reemplazo de piezas iniciales por piezas virtuales. Después de una reflexión sobre las condiciones límites a implementar y varias simulaciones intermedias, se pudieron realizar cálculos sobre el modelo final dentro de intervalos razonables de tiempo.

Ha sido entonces posible trazar un diagrama de Campbell e identificar los modos de oscilación naturales con riegos. Centrándose en estos modos y con la ayuda de las deformadas modales (que proporcionan información sobre las piezas a modificar para impactar a un modo preciso) se han propuesto modificaciones para el sistema. Soluciones tales como la adición de nervios o de piezas de fijación adicionales han sido imaginadas.

The Industrial Application Project nº8 'Amortization of an aeronautic turbocompressor' is ordered by Safran Aircraft Engines, an international conglomerate specialized in aeronautical engines. Its purpose is to use the knowledge of mechanics to manipulate numerical files, given by Safran, that constitute the aforementioned turbocompressor, with the goal of reducing its vibrations and increasing its Campbell margins by 30%.

After a failed first strategy, which consisted of simplifying each piece to improve the calculation time, all the time invested in familiarizing with the system permitted the developement of a second stategy: Using the original pieces and deciding which are the most important for the correct operation of the turbocompressor, while the other pieces are simplified by means of virtual masses and forces in CATIA.

Once the new assembly was created, it was time to start launching different analysis with the purpose of comparing the changes in the Eigen modes between the original model and our simplification of it. After the initial calculations, we started searching for ways to increase the modes, which would also increase the margins in the Campbell diagram.

Through the observation of the deformations induced by the damaging modes, means to dampen the system were developed. Means such as, adding ribs, fixations parts or changing the geometry of the elements presenting the most important deformations.