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Mistuning



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Einfaches Rotormodell zum Testen der Substrukturtechnik (oben), berechnete Eigenschwingungsform (rechts)

Die Formulierung der Standardverfahren zur Bestimmung der Flatterneigung oder der Antwortamplituden auf eine externe Anregung basiert in der Regel auf einer Modellbildung, die identische Schaufelsektoren – also den sog. „getunten“ Rotor – voraussetzt. Der reale Rotor weist aber bereits im Neuzustand durch Fertigungstoleranzen, Material-Inhomogenität u.v.m., Abweichungen von dieser idealen Gestalt auf, die sich auf die Flatterneigung (in der Regel positiv) und auf die Antwortamplituden (in der Regel negativ) auswirken. Um diesen Einfluss beurteilen zu können, hat sich das Institut zum Ziel gesetzt, numerische und experimentelle Verfahren zu entwickeln, die dieses Phänomen berücksichtigen. Mit Hilfe der Substrukturtechnik und der Anwendung von Reduced Order-Verfahren wird die Antwortamplitude statistisch abgeschätzt. Durch die Zerlegung des Rotormodells in die Teilmodelle Scheibe und einzelne Schaufeln können über die Variation der Schaufelparameter unterschiedliche Mistuningmuster generiert werden. Der folgende statistische Prozess endet in einer Weibull-Wahrscheinlichkeitsverteilung für die maximale Amplitude, wobei die hierfür benötigte Rechenzeit nur noch einen Bruchteil jener beträgt, die zur herkömmlichen Ermittlung einer statistisch abgesicherten Maximalamplitude benötigt wird.

Parallel zu den numerischen Untersuchungen sollen in die Modelle Daten realer Rotoren einfließen. Hierfür wird ein Versuchsaufbau entwickelt, auf dem das Mistuning-Muster von Blisk-Rotoren identifiziert werden kann. Für die ersten Schritte werden ein generischer Rotor als Teststruktur in einfacher Plattenbauweise und die entsprechenden Aufspannfutter gefertigt. An dieser Struktur sollen unterschiedliche Mess- und Anregungstechniken für die Identifikation erprobt werden. Im Endausbau sollen reale Blisk-Rotoren untersucht und der Einfluss von Geometrievariationen ermittelt werden, um im Umkehrschluss durch gezieltes Mistuning Einfluss auf das aeroelastische Verhalten nehmen zu können (z. B. Verringerung der Flatterneigung bei unveränderter oder lediglich moderat erhöhter Antwortamplitude).

Literatur:

  • Sinapius, Gerrit (2013)Probabilistic investigations of mode localization and power flow in a mistuned, generic rotor. International Forum on Aeroelasticity and Structural Dynamics, 24. - 26. Juni 2013, Bristol, England.
  • Petrov, Evgeny und Hennings, Holger und Elliott, Robert und di Mare, Luca (2010)Forced Response of Mistuned Bladed Disks in Gas Flow: A Comparative Study of Predictions and Full-Scale Experimental Results. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. ISSN 0742-4795.


 


Kontakt
Dr.-Ing. Joachim Belz
Gruppenleiter Aeroelastik der Turbomaschinen

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Aeroelastik

Göttingen

Tel.: +49 551 709-2897

Fax: +49 551 709-2862

An Aeroelastic Reduced Order Model for a Mistuned Blisk (0,23 MB)
Mistuning bei Rotoren integraler Bauweise (2,39 MB)
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