Teilprojekt C6 Aeroelastik mehrstufiger Axialverdichter

Die Aeroelastik von verstimmten mehrstufigen Axialverdichtern wird untersucht. Mit weiterentwickelten Simulationsverfahren soll der Einfluss der Regeneration auf das Schwingungsverhalten von Verdichterblisks abgebildet und besser nachvollzogen werden. Der Fokus liegt auf der strukturellen und aerodynamischen Kopplung der Verdichterschaufeln über mehrere Stufen hinweg.

MOTIVATION UND ZIELSETZUNG

Axialverdichterprüfstand am Institut für Turbomaschinen und Fluid-Dynamik

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.


VERÖFFENTLICHUNGEN

Internationale Konferenzbeiträge, begutachtet

  • Keller, C.; Kellersmann, A.; Friedrichs, J.; Seume, J. R. (2017): Influence of Geometric Imperfections on Aerodynamic and Aeroelastic Behavior of a Compressor BliskIn: Proceedings of ASME Turbo Expo 2017, Charlotte, USA, GT2017-63556
  • Schwerdt, L.; Berger, R.; Keller, C.; Seume, J.; Rolfes, R.; Panning-von Scheidt, L.; Wallaschek, J. (2017): Influence of Blade Repairs on Compressor Blisk Vibration considering Aerodynamic Damping and MistuningGPPS (Hg.): Proceedings of Global Power and Propulsion Society Conference. Shanghai
  • Willeke, S.; Keller, C.; Panning-von Scheidt, L.; Seume, J.; Wallaschek, J. (2017): Reduced Order Modeling of Mistuned Bladed Disks Considering Aerodynamic Coupling and Mode Family InteractionIn: Proceedings of 12th European Conference on Turbomachinery Fluid Dynamics & Thermodynamics (ETC12), April 3-7, Stockholm, Sweden, ETC2017-242
  • Hurfar, C. Mandanna; Keller, C.; Mumcu, A.; Seume, J. R. (2016): An Acoustic Excitation System for the Generation of Turbomachinery Specific Sound Fields: Part II - Experimental VerificationIn: Proceedings of the ASME Turbo Expo 2016, Seoul, South Korea
  • Mumcu, A.; Keller, C.; Hurfar, C. Mandanna; Seume, J. R. (2016): An Acoustic Excitation System for the Generation of Turbomachinery Specific Sound Fields: Part I - Design and MethodologyIn: Proceedings of the ASME Turbo Expo 2016, Seoul, South Korea
  • Keller, C.; Willeke, T.; Burrafato, S.; Seume, J. R. (2015): Design Process of a 1.5-Stage Axial Compressor for Experimental Flutter InvestigationsIn: Proceedings of the International Gas Turbine Congress 2015, Tokyo, Japan, S. 1130–1139

Internationale Konferenzbeiträge, nicht begutachtet

  • Bittner, S. L.; Keller, C.; Meinzer, C. E.; Seume, J. R. (2018): Experimental Validation of a Forced Response Analysis Using a Time-Linearized Method2018 AIAA/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference, AIAA SciTech Forum
    DOI: 10.2514/6.2018-0461
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TEILPROJEKTLEITER

Prof. Dr.-Ing. Jörg Seume
Adresse
An der Universität 1
30823 Garbsen, Raum 315
Adresse
An der Universität 1
30823 Garbsen, Raum 315
Dr.-Ing. Lars Panning-von Scheidt
Prof. Dr.-Ing. Jörg Wallaschek

MITARBEITER

M. Sc. Mona Amer
Adresse
An der Universität 1
30823 Garbsen
Adresse
An der Universität 1
30823 Garbsen