Rotordynamics at very high speed and non-stationary operating conditions- Identification using Kalman filter
Dynamique des rotors à très hautes vitesses et en régime non-stationnaire - Identification par le filtre de Kalman
Résumé
In the frame of the growing trend of promoting the carbon-free mobility, RedHV+ project is carried out in order to investigate whether or not it is possible to manufacture a high-speed and high performance gearbox compatible with car costs. As part of this project, a new dynamic model for very high speed rotors working at non-stationary operating conditions is proposed.First, the different assumptions used for rotordynamics modeling are separated into different categories and classified based on the order of complexity they add to the model. Then, according to the operating conditions of the RedHV+ test bed, a choice of the most realistic modeling assumptions is done. As a first step of the dynamic modeling, the work focused on monorotors. In this study, we suggest not to make any assumption on the angular speed. The rotor shaft is flexible in traction, bending and torsion. The energy source is assumed to be non-ideal and the angular displacement including both the rigid body motion and the torsional deformation is assessed. The dynamic model leads to a novel expression of the gyroscopic effect terms. It shows its capacity, through both its analytical expression as well as through numerical results, to accurately introduce the coupling between the flexural and torsional degrees of freedom. The results are presented at a first step, for a simple rotor made of a shaft, a disk and flexible support. Another degree of complexity is introduced later, by considering a geared parallel-rotor system. The aim is to improve the accuracy of simulations for the rotor dynamics in non-stationary conditions especially when getting through critical speeds.The study of geared systems mainly focuses on the dynamic modeling of a simplified architecture of the RedHV+ test bed. The results obtained using the new dynamic model show interesting conclusions regarding the vibration behavior of the rotor when crossing the critical speeds. The reached vibration levels, in the presence of elastic coupling, highlight the importance of a correct dimensioning of a rotating machinery going through critical speeds.Finally, an identification tool based on the Unscented Kalman Filter is developed in order to enrich the dynamic models of the rotating machineries with more realistic values of its uncertain parameters. The identification tool showed interesting results and it is shown that its performance increases when the rotor goes through critical speeds.
Avec les mesures de plus en plus exigeantes visant à réduire l’impact environnemental des transports routiers, des nouvelles technologies de motorisations électriques sont explorées. Notamment, le projet RedHV+ porte sur la possibilité de construire, à coût automobile, des réducteurs haute vitesse et haut rendement pour les véhicules hybrides. Dans le cadre de ce projet, une modélisation originale du comportement dynamique des réducteurs très hautes vitesses et en régime non-stationnaire est proposée.Dans un premiers temps, les hypothèses de modélisation sont classées par catégories et par ordre de complexité. Ensuite, les hypothèses traduisant au mieux les conditions de fonctionnement des réducteurs de vitesse du projet RedHV+ sont retenues. Le travail de modélisation qui est fait dans une première étape s’intéresse aux monorotors flexibles en flexion et en torsion, fonctionnant à très hautes vitesses et en régime non-stationnaire. Ceci donne lieu, conjointement à l’hypothèse de source non-idéale d’énergie, à une formulation originale de l’équation de la dynamique du rotor. Notamment, la nouveauté dans le modèle dynamique réside dans l’expression des termes résultant de la prise en compte des effets gyroscopiques. Le modèle dynamique, à travers son expression analytique ainsi qu’à partir des résultats de simulations numériques, montre sa capacité à bien prendre en compte et représenter le couplage flexion-torsion. Grace à sa prise en considération du phénomène de Sommerfeld, phénomène observable au niveau du passage par des vitesses critiques, une meilleure précision des niveaux vibratoires latéraux est obtenue.Le nouveau modèle dynamique du monorotor est ensuite étendu à un étage d’engrenages. L’architecture du réducteur utilisée dans le banc RedHV+ est simplifiée pour faire l’étude de son comportement dynamique. Quoique la modélisation du banc est simpliste par rapport à la vraie architecture, elle permet de tirer des conclusions intéressantes par rapports à des éventuels risques lié à un fonctionnement voisinant les vitesses critiques.Finalement, un outil d’identification est développé afin d’enrichir les modèles dynamiques avec des valeurs plus réalistes des paramètres incertains d’une machine tournante en régime non-stationnaire. L’outil associant le modèle dynamique à des observations est mis en œuvre sur un exemple de rotor rigide et montre sa performance à estimer les paramètres incertains, surtout lors du passage par des vitesses critiques.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
Loading...