Im Fokus des Projekts BliDes stand die experimentelle Ermittlung von Validierungsdaten zur Bestimmung der aerodynamischen Dämpfung eines modernen Verdichterrotors in Blisk-Bauweise unter Betriebsbedingungen. Als Versuchsrotor wurde der DLR-UHBR-Blisk des Instituts für Antriebstechnik verwendet (Bild oben rechts). Das Prinzip folgte dem numerischer Flatterberechnungen: fünf Schaufeln wurden zu Schwingungen in einer Eigenform angeregt, anschließend wurden mit DMS die Schwingung selbst und mit eingebauten Druckaufnehmern die instationäre Druckverteilung gemessen. Daraus konnte der lokale Arbeitseintrag vom Fluid in die Schaufelschwingung und im Folgenden die aerodynamische Dämpfung bestimmt werden. Die komplette messtechnische Bestückung des Rotors ist im Bild oben links anhand des CAD-Modells dargestellt.
Erstmalig wurden zur Schwingungsanregung Piezofolien (Macro Fiber Composites, MFC) verwendet. Die Einhaltung der Amplitude und des Phasendifferenzwinkels der schwingenden Schaufeln oblag einer speziellen Regelung von der Hochschule für Angewandte Wissenschaft und Kunst in Göttingen (HAWK). Anregungstechnik und Regelung durchliefen diverse Tests an unterschiedlichen Schaufelmodellen sowie am Niedergeschwindigkeits-Axialverdichter des Instituts für Turbomaschinen und Fluiddynamik (TFD) der Leibniz-Universität Hannover, bevor sie mit dem DLR-UHBR-Blisk im Mehrstufen-Zweiachsen-Verdichter-Prüfstand (M2VP) des Instituts für Antriebstechnik zum Einsatz kamen.
Für die Messung der Druck- und Schwingungssignale wurden zwei identische Elektronikplatinen im Elektroniklabor des Instituts entwickelt – die in der Nabe des Rotors eingebaut – für die Versorgung der Sensoren und die erste Stufe der Signalkonditionierung (Vorverstärkung zur Übertragung aus dem rotierenden System) zuständig waren. Die Platinen basierten auf den Erfahrungen mit einer entsprechenden Entwicklung aus dem EU-Projekt ADTurB II. Die elektrische Funktion der Platinen und auch die im Zusammenspiel mit neuartigen Signalübertragern aus dem rotierenden System erzielte Signalqualität waren einwandfrei, bei der mechanischen Belastbarkeit der Elektronikkomponenten besteht noch Handlungsbedarf.
Während der Versuche wurden die Betriebspunkte mit steigender Drehzahl angefahren. Zur Kontrolle des Betriebspunktes wurde neben den Daten aus dem Kennfeld auch die stationäre
Druckverteilung auf dem Schaufelprofil herangezogen. Dabei wurden die mit den instationären Druckaufnehmern gemessenen Gleichanteile (stationäre Drücke) den Simulationswerten aus einer vorbereiteten Datenbank gegenüber gestellt. Die für den angefahrenen Betriebspunkt vorausgesagte stationäre Druckverteilung wurde dabei sehr gut getroffen, siehe Bild rechts unten.
Mit den Piezoaktuatoren konnte ebenfalls bei 50 % der Nenndrehzahl eine Schwingung mit signifikanten Amplituden leicht oberhalb der Eigenfrequenz der 1. Biege-Eigenform angeregt werden. Die Amplituden wurden im Zeitbereich überdeckt von der Antwort auf die 2. Maschinenordnung, im Spektrum waren sie aber deutlich getrennt voneinander.
Literatur: