Im Rahmen des Kooperationsprojekts NDV (Niederdruckverdicher) leistete die DLR-Einrichtung Simulations- und Softwaretechnik seit 1999 Unterstützung für die DLR-Institute für Werkstoff-Forschung (WF) und Antriebstechnik (AT), sowie für den Industriepartner MTU bei der Berechnung und Optimierung der Verdichterbeschaufelung. Die DLR Simulations- und Softwaretechnik leistete Unterstützung bei der Lösung numerischer Probleme mit Hilfe von Standard-Strukturanwendungen.
Aufgaben der DLR Simulations- und Softwaretechnik
Sowohl die vom DLR- als auch von MTU vorgeschlagenen Verdichter-Designs wurden festigkeits- und schwingungsmechanisch bewertet und Verbesserungsvorschläge erarbeitet. Diese Arbeiten haben bereits heute zu Verdichterdesigns geführt, die die Anforderungen an die Verdichterschaufeln bezüglich Festigkeit und Schwingungsverhalten erfüllen.
Ein wichtiges Projektziel war die Gewichtsreduzierung des Verdichters. Zu diesem Zweck wurden die Einsatzmöglichkeiten von Verbundwerkstoffen, sowohl zur Verstärkung der Rotorscheiben, als auch der Rotorblätter selbst, intensiv untersucht. Schwerpunkt der von der DLR Simulations- und Softwaretechnik gemachten Untersuchungen in diesem Zusammenhang war der Einsatz von TMC-Stäben (Titan-Matrix Verbundwerkstoffe) hoher Qualität, deren Herstellungsverfahren vom Institut für Werkstoffforschung entwickelt wurden. Dabei mussten außer generellen Anforderungen an die Verdichterteile (Spannungen im Blatt, Eigenschwingungen) auch Randbedingungen beachtet werden, die für den TMC-Einsatz von wesentlicher Bedeutung sind, wie z.B. maximale Spannungen an den Faserenden und innere Spannungen in den Stäben. In Zusammenarbeit mit DLR-Projektpartnern wurden tragfähige Konzepte sowohl für den Bau des Verdichters selbst, als auch für die Reduzierung seines Gewichtes mit Hilfe der Verbundwerkstoffe entwickelt.
Die Wirksamkeit der TMC-Verstärkung bei der Spannungsreduktion wurde mit Hilfe von 3D FE-Modellen nachgewiesen. Da deren Aufbau mitunter sehr zeitaufwendig war, wurden Methoden entwickelt und verifiziert, die es ermöglichten, die Auswirkungen der TMC-Verstärkung mit einfachen Mitteln verlässlich einzuschätzen. Ebenso wurden Verfahren entwickelt, die die Anwendung der resultierenden FEM- Modelle deutlich vereinfachen. Dies wurde mit Hilfe spezieller Software-Bibliotheken für Aufbau und Modifikation der Schaufelmodelle selbst und deren Verstärkung mit TMC-Stäben realisiert.
Laufzeit
1999 - 2003