Simulation von Flattern und aerodynamischer Zwangserregung in Turbomaschinenbeschaufelungen

Abstract

Eine aerodynamische Berechnungsmethode für Turbomaschinenströmungen wird zu einem aeroelastischen Simulationsverfahren erweitert. Zu diesem Zweck wird das aerodynamische Verfahren so ergänzt, daß auch die instationäre Strömung um schwingende Schaufelreihen berechnet werden kann. Die zusätzliche Einführung einer direkten Strömung-Struktur-Kopplung einschließlich eines modalen Strukturmodells ermöglicht die direkte Berechnung der Schaufelantwort auf die instationären aerodynamischen Kräfte. Nach einer Modellüberprüfung an einfachen Systemen werden ein flatterndes Turbinengitter sowie eine Verdichterstufe untersucht, bei der eine aerodynamische Zwangserregung durch Schaufelreihenwechselwirkung vorliegt. Für beide Konfigurationen werden die aus Prüfstandsversuchen vorliegenden instationären Meßdaten sehr gut vorhergesagt. Direkt gekoppelte Simulationen befinden sich in hervorragender Übereinstimmung mit entkoppelten Vergleichsbetrachtungen. Das im industriellen Entwurf bei der Untersuchung von aerodynamischer Zwangserregung verwendete Überlagerungsprinzip wird bis in instationäre aerodynamische Details bestätigt.