Motivation und Zielsetzung
In modernen Flugtriebwerken kommen zunehmend integrale Laufschaufelräder (Blisks) zum Einsatz. Sie ermöglichen hohe Stufendruckverhältnisse bei geringem Gewicht. Allerdings weist diese Bauform aufgrund geringer mechanischer Dämpfung eine erhöhte Sensitivität gegenüber Schwingungsanregung auf. Durch Verschleiß und Regeneration treten Geometrievarianzen auf, welche diese Schwingungen maßgeblich beeinflussen. Das Ziel ist daher, die Vorhersage des Betriebsschwingungsverhaltens von mehrstufigen Axialverdichtern unter Berücksichtigung dieser Geometrieveränderungen, um einen Beitrag zur Lebensdauervorhersage zu leisten.
Ergebnisse
Das aktuelle Projekt ist aus der Fusion der beiden Teilprojekte C6 „Aeroelastik von Verdichterblisks“ und C3 „Regenerationsbedingtes Mistuning“ entstanden. Im Teilprojekt C6 wurde der Einfluss von regenerationsbedingten Geometrievariationen in Form von Blendreparaturen auf die aerodynamische Dämpfung einer Blisk untersucht. An einer eigens dafür ausgelegten Bliskgeometrie konnte dieser Einfluss numerisch quantifiziert und experimentell bestätigt werden. Die ermittelte aerodynamische Dämpfung wurde im Teilprojekt C3 genutzt, um eine genauere Simulation der Schwingungsamplituden zu ermöglichen. Hier stand der Einfluss von Mistuning – Abweichungen von der zyklischen Symmetrie – im Vordergrund. Dazu wurde die zuvor entwickelte Modellreduktionsmethode erweitert, um auch Abweichungen in den Scheibensegmenten abbilden zu können.
Vergleich der Schwingung einer unverstimmten (links) und verstimmten (rechts) Blisk
Aktuelle Arbeiten und Ausblick
Zurzeit werden zwei Hauptziele verfolgt: Die Erweiterung der Modelle auf mehrere Stufen und die direkte Integration von Geometrievarianzen im reduzierten Strukturmodell. Die Mehrstufigkeit bringt gleichzeitig multiharmonische Schwingungsanregungen und –antworten mit sich, die ebenfalls berücksichtigt werden müssen. Experimentell wird diese Anregung am TFD-Axialverdichter durch eine aktive Verstellung des Vorleitgitters erreicht. Insgesamt entsteht eine integrierte Berechnungsmethode, welche es gemeinsam mit den Teilprojekten B4 und C5 ermöglicht, genaue und effiziente Lebensdauervorhersagen für Axialverdichter zu machen. Dies ist ein wichtiger Beitrag zur Entscheidung bei der Wahl des Regenerationspfades.
Verantwortliches Institut
Das Projekt wird verantwortet durch das Institut für Turbomaschinen und Fluid-Dynamik.
Teilprojektleiter
30823 Garbsen
30823 Garbsen
Mitarbeiter
Veröffentlichungen
Internationale Konferenzbeiträge, begutachtet
-
(2017): Influence of Geometric Imperfections on Aerodynamic and Aeroelastic Behavior of a Compressor Blisk, In: Proceedings of ASME Turbo Expo 2017, Charlotte, USA, GT2017-63556
-
(2017): Influence of Blade Repairs on Compressor Blisk Vibration considering Aerodynamic Damping and Mistuning, GPPS (Hg.): Proceedings of Global Power and Propulsion Society Conference. Shanghai
-
(2017): Reduced Order Modeling of Mistuned Bladed Disks Considering Aerodynamic Coupling and Mode Family Interaction, In: Proceedings of 12th European Conference on Turbomachinery Fluid Dynamics & Thermodynamics (ETC12), April 3-7, Stockholm, Sweden, ETC2017-242
-
(2016): An Acoustic Excitation System for the Generation of Turbomachinery Specific Sound Fields: Part II - Experimental Verification, In: Proceedings of the ASME Turbo Expo 2016, Seoul, South Korea
-
(2016): An Acoustic Excitation System for the Generation of Turbomachinery Specific Sound Fields: Part I - Design and Methodology, In: Proceedings of the ASME Turbo Expo 2016, Seoul, South Korea
-
(2015): Design Process of a 1.5-Stage Axial Compressor for Experimental Flutter Investigations, In: Proceedings of the International Gas Turbine Congress 2015, Tokyo, Japan, S. 1130–1139
Internationale Konferenzbeiträge, nicht begutachtet
-
(2018): Experimental Validation of a Forced Response Analysis Using a Time-Linearized Method, 2018 AIAA/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference, AIAA SciTech Forum
DOI: 10.2514/6.2018-0461
Nationale Konferenzbeiträge, nicht begutachtet
-
(2020): Investigation of Multiharmonic Effects in a Single Stage High Speed Compressor, Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2019, Darmstadt
DOI: 10.25967/490212
Bücher, Monographien
-
(2019): Advances in Production Management Systems. Towards Smart Production Management Systems, Springer International Publishing
ISBN: 978-3-030-29996-5
