Untersuchung der Wechselwirkung zwischen Blattspitzenströmung und Schaufelschwingungen in einem hochbelasteten Axialverdichter

• Antragsteller: Dr. Lars Büttner; Professor Dr.-Ing. Heinz-Peter Schiffer
• Fachliche Zuordnung: Strömungs- und Kolbenmaschinen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 231784390

In Turbomaschinen führen die Spaltströmungseffekte im Blattspitzenbereich zu großen Verlusten und Beeinträchtigungen des Stabilitätsbereichs, insbesondere für hochbelastete Verdichterstufen. Die wissenschaftliche Aufarbeitung der Phänomene gestaltet sich jedoch sehr schwierig, da sowohl die numerischen als auch die experimentellen Methoden der Strömungsuntersuchung durch die komplexen Vorgänge im Spalt an ihre Grenzen stoßen. Zusätzlich treten Interaktionen zwischen aerodynamischen und strukturmechanischen Effekten auf, die bisher nur rudimentär untersucht bzw. einer Modellbildung zugeführt werden konnten.Im Rahmen des hier beantragten Projektes soll mittels neuartiger laserbasierter Messmethoden gleichzeitig eine hochpräzise Vermessung des radialen Spaltströmungsprofils und der Schwingungsform und -amplitude der Verdichterprofile erstmals ermöglicht werden. Damit sollen die Wechselwirkungsmechanismen zwischen Spaltströmung und Schaufelschwingungen an einem transsonischen Verdichterprüfstand experimentell untersucht werden, um einhergehend mit numerischen Simulationen ein besseres, grundlegendes Verständnis der aeroelastischen Vorgänge in Turbomaschinen zu erlangen, insbesondere bei hochbelasteten Verdichterstufen.Die Ergebnisse können einen wertvollen Beitrag leisten, die Schaufelreihenabstände in Zukunft geringer zu gestalten. Entsprechend könnten eine Steigerung der Leistungsdichte und eine verbesserte Rotordynamik erzielt werden. Dies würde direkt eine Erhöhung der Betriebssicherheit und der Lastwechselflexibilität sowie eine Verbesserung der Energieeffizienz zukünftiger Turbomaschinen, wie beispielsweise Flugzeugtriebwerke, ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr.-Ing. Jürgen W. Czarske