Experimentelle aeroelastische Untersuchungen an Verdichterbeschaufelungen

Abstract

Die kontinuierliche Leistungssteigerung von Flugtriebwerken wurde vor allem durch eine Steigerung der Bypass- und Stufendruckverhältnisse erzielt, was zu einer höheren aerodynamischen Belastung der Schaufeln führte. Flexiblere Schaufeln und höhere aerodynamische Belastungen verstärken aber die Neigung der Beschaufelung zum Flattern, d.h. zur Selbsterregung der Schaufeln durch die aerodynamische und strukturdynamische Wechselwirkung. Da ein Flatterfall zur unmittelbaren Zerstörung umfangreicher Bereiche der Beschaufelung führt, muß er schon in der Entwicklungsphase des Triebwerks ausgeschlossen werden. Hier kommt den Berechnungs- und Simulationsverfahren entscheidende Bedeutung zu. Erwartet man von ihnen fundierte Aussagen, so ist eine Validierung ihrer Ergebnisse an experimentell gewonnenen Daten gerade bei solchen Strömungszuständen unerläßlich, bei deren Modellierung auch bei den heutigen CFD-Verfahren noch Forschungsbedarf besteht. Dies trifft insbesondere auf transsonische Durchströmungen mit oszillierenden Verdichtungsstößen und zeitabhängiger Strömungsablösung zu. In dem Vortrag werden die experimentellen Untersuchungen vorgestellt, die vom Institut für Aeroelastik im Ringgitterwindkanal der EPF Lausanne durchgeführt wurden. Untersucht wurde die Flatterstabilität eines Verdichtergitters bei subsonischer und transsonischer Durchströmung. In einer ersten Versuchsreihe wurden die Schaufeln in harmonische Zwangsbewegungen versetzt und die daraus resultierenden instationären Druckverteilungen gemessen. Aus diesen wiederum lassen sich aerodynamische Dämpfungen bestimmen, die Aufschluß über mögliche aeroelastische Instabilitäten geben. In einer zweiten Versuchsserie wurden Flattermessungen an frei schwingenden Schaufeln durchgeführt. Hierzu wurden gezielt aeroelastisch instabile Fälle eingestellt, um die sich dabei einstellenden Flatterformen direkt zu ermitteln.