Teilprojekt C4 Aeroelastik von Turbinenschaufeln

Durch den Betrieb und den Instandhaltungsprozess von Flugtriebwerken kommt es zu Abweichungen von der Schaufel-Originalgeometrie. Als Beispielparameter seien die Dickenverteilung, die Schaufellänge und der Staffelungswinkel genannt. Diese Geometrieparameter können einen Einfluss auf die Schwingungsanregung stromab gelegener Rotorkaskaden haben und wurden bisher einzeln untersucht. In der Realität treten solche Abweichungen jedoch kombiniert auf. Um dies in einem Modell abzubilden, werden auf Basis der Wahrscheinlichkeitsrechnung Geometrien erzeugt und aeroelastische Simulationen durchgeführt. Die Ergebnisse ermöglichen anschließend die Ableitung von Schaufel-Toleranzbändern. Mit Hilfe dieser lässt sich sicherstellen, dass keine kritischen Schwingungszustände durch den Regenerationsprozess auftreten können. 

Hochdruckturbinenschaufeln sind aufgrund der vorgelagerten Brennkammer enormen thermischen Belastungen ausgesetzt. Daher müssen die ersten Turbinenstufen gekühlt werden. Dies geschieht mit Hilfe von Luft, die aus dem Verdichter abgezapft und über Bohrungen auf die Schaufeloberfläche geleitet wird. Die hohen thermischen und aerodynamischen Belastungen verursachen starken Verschleiß an Filmkühlbohrungen, Hinterkanten und Dichtungen. Als Folge können sich kalte Strähnen stromabwärts durch die Turbine ausbreiten und nachfolgende Rotorkaskaden in Schwingungen versetzen, welche die Lebensdauer der Schaufeln massiv verkürzen können. Diese Form der Schwingungsanregung wird an der Luftturbine des TFD erforscht, indem mittels Sonden kalte Strähnen in die Strömung injiziert werden und die resultierenden Schwingungsamplituden mit einem Tip-Timing System gemessen werden.

Aktuell wird das berechnete Ausmischungsverhalten kalter Strähnen analysiert und geeignete Messstellen für die späteren Versuche abgeleitet. Mittels der Versuche werden die numerischen Ergebnisse validiert. Die Teilprojekte A3 (Abgasanalyse) und A6 (Ausmischung und Brennersignatur) werden mit den Informationen beliefert. Außerdem wird eine Werkzeugkette zur Untersuchung kombinierter Parametervarianzen aufgebaut. Die Ergebnisse tragen zur Auswahl eines geeigneten Regenerationspfades im Gesamtprojekt bei.