Numerische Untersuchungen zum aeroelastischen Verhalten eines hochbelasteten Verdichterrotors

Kurzfassung

Zur Durchführung numerischer Untersuchungen zum aeroelastischen Stabilitätsverhalten eines hochbelasteten transsonischen Verdichterrotors werden Verfahren im Frequenz- und Zeitbereich entwickelt. Die Schaufeln werden dabei mit einem linearen Strukturmodell in generalisierten Koordinaten beschrieben. Zur Berechnung der instationären Luftkräfte auf der Schaufeloberfläche wird ein bereits bestehender Strömungslöser eingesetzt, der die reynoldsgemittelten, dreidimensionalen Strömungsgleichungen zeitgenau löst. Die Integration der Struktur- und Strömungsgleichungen im Zeitbereich erfolgt mit speziellen Kopplungsalgorithmen, deren Genauigkeit eingehend analysiert wird. Im Frequenzbereich kommt die klassische Eigenwertbestimmung unter Anwendung der p-k-Methode zum Einsatz. Anhand zweier Testfälle werden die aeroelastischen Verfahren und ihre Komponenten überprüft und damit die Einsatzreife der Verfahren für aeroelastische Berechnungen bestätigt. Durch gezielte parametrische Untersuchungen wird das aeroelastische Stabilitätsverhalten des hochbelasteten Verdichterrotors analysiert und damit ein detaillierter Einblick in den Flattermechanismus gewonnen. Das an den Flattergrenzen auftretende nichtlineare Schwingungsverhalten wird beschrieben und die Auswirkung auf die Flattergrenzen untersucht.