Einfluss regenerationsbedingter Varianzen auf die Aeroelastik von Verdichterblisks

Abstract

In modernen Flugtriebwerken kommen in den vorderen hochbelasteten Verdichterstufen zunehmend integrale Laufschaufelräder (Blisks) zum Einsatz. Deren Schaufeln sind aufgrund geringer mechanischer Dämpfung empfindlich gegenüber Schwingungen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde untersucht, ob reparaturbedingte Varianzen einen negativen Einfluss auf die Stabilität haben. Die Arbeitshypothese ist, dass dieser Einfluss während einer möglichen Reparatur berücksichtigt werden muss. Um den Einfluss von Schaufelreparaturen auf das aeroelastische Verhalten einer Blisk zu charakterisieren, wurde ein einstufiger Axialverdichter ausgelegt, gefertigt und experimentell sowie numerisch untersucht. Dabei kamen eine Referenzblisk und eine Blisk mit Blend-Reparaturen an der Vorderkante einiger Schaufeln zum Einsatz. In Simulation führt die lokale Änderung der Strömung zu einer lokalen Änderung der aerodynamischen Arbeit. Dies beeinflusst vor allem die Eigendämpfung der betrachteten Schaufel sowie die Dämpfung durch die unmittelbar benachbarten Schaufeln. Die größte Änderung tritt für Reparaturen nahe der Schaufelspitze auf. In Abhängigkeit der Position der reparierten Schaufel kann die Dämpfung einer einzelnen Schaufel reduziert werden, während die Dämpfung der Nachbarschaufeln ansteigt. Die experimentelle Untersuchung erfolgte mithilfe eines akustischen Anregungssystems im rotierenden Prüfstand an mehreren Betriebspunkten. Dabei konnte keine signifikante Abnahme der aeroelastischen Stabilität der reparierten Blisk festgestellt werden. Hieraus ergibt sich die Schlussfolgerung, dass aerodynamisches Mistuning infolge von Blend-Reparaturen der Schaufelvorderkante keinen signifikanten Einfluss auf die aeroelastische Stabilität hat und nicht während des Reparaturprozesses berücksichtigt werden muss.