Figure

Objet

Le fonctionnement d'un embrayage automatique est basé sur l'action de la force centrifuge d'un anneau liquide qui assure une liaison souple et automatique entre le moteur et la boîte de vitesse. À puissance égale en négligeant les pertes et les frottements mécaniques, la pompe entraînée par le moteur transmet un couple inversement proportionnel à la vitesse de rotation de la turbine qui entraîne à son tour la boîte de vitesse. Dès que l'on atteint le régime de croisière, les vitesses de rotation de la pompe et de la turbine étant égales, le couple transmis est pratiquement égal à celui reçu. Dans sa conception actuelle, le stator qui devait jouer le rôle de redresseur est monté en roue libre. De ce fait à ce régime de croisière, le stator se met à tourner, et tout le système tourne en bloc et par conséquent le couple tend à s'annuler. De plus, le rendement est aux alentours de 0.3 à 0.4 dû à une conception sommaire basée sur les abaques et les triangles de vitesses. Nous nous proposons d'améliorer ce rendement en optimisant la géométrie des pales, tout en maintenant le stator fixe afin d'assurer le couple à tous les régimes, par une méthode inverse basée sur l'approche calcul méridien et calcul aube à aube (S2-S1).

Contenu

Le nombre de pales de chaque organe (pompe, turbine et stator) étant assez élevé, on peut faire l'approximation du nombre infini de pales, donc entreprendre un calcul axisymétrique. Connaissant la puissance disponible du moteur, on en déduit le saut du moment cinétique à travers la pompe ainsi que celle traversant la turbine. En adoptant un système de coordonnées curvilignes épousant les frontières (moyeu et carter) et la formulation tensorielle, on traduit l'équilibre dynamique suivant le sens moyeu-carter par une relation reliant la composante azimutale du vecteur tourbillon à la variation de la rothalpie et à la variation du moment cinétique (imposé par le projet), qui représente en fait les intensités des tourbillons liés et libres. La répartition du moment cinétique sur la surface de l'aube doit être faite par une fonction de charge judicieusement choisie. L'équation qui régit la fonction de courant est traduite par un contrôle du flux du rotationnel à travers un élément de surface qui doit équilibrer la circulation du vecteur vitesse le long de la frontière de cette surface. On doit prendre en compte la nature cyclique de l'écoulement par une condition de périodicité sur la fonction de courant et sur la rothalpie sur un rayon quelconque reliant moyeu-carter. En admettant que la loi d'épaisseur des aubes ait été déterminée au préalable par un calcul de structure, le problème inverse ainsi posé permet de déterminer la forme approximative des squelettes des pales de la pompe, de la turbine et du stator simultanément.

A l'issue de cette étape de calcul, on aborde le calcul aube à aube de l'écoulement confiné dans chaque de nappe de courant dont on connaît l'évolution de l'épaisseur et la forme des sections d'aubes.

Situation

Application à l'étude d'un embrayage automatiquele calcul inverse a été mené pour un paramètre de fonctionnement 0.3 et un rapport de vitesses de rotation pompe/turbine égal à 1. On a représenté ci-contre les squelettes des pales de la pompe, de la turbine et du stator. Il est possible d'introduire un modèle de dissipation dans ce principe moyennant les coefficients de frottement sur les nappes de courant. On donne quelques figures représentant la pompe toute entière issue du calcul méridien et une vue éclatée de chacun des organes pour le cas nominal. Il reste à vérifier le comportement de la machine à des régimes hors-nominaux.

Cette étude a été retenue parmi les Actions Incitatives au titre de l'année 94.

Références

(1) V. LIU : "Problème direct et inverse appliqué au convertisseur couple hydrodynamique". Rapport de stage DEA de Dynamique des Fluides et des Transferts. Juin 1995

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