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TU Berlin

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Dissertationen

Experimentelle Untersuchung zu schwingenden Verdichterschaufeln bei aerodynamischen Mistuning
Zitatschlüssel malzacher_diss_2021
Autor Leonie Malzacher
Jahr 2021
DOI 10.14279/depositonce-11340
Ort Berlin
Monat Februar
Herausgeber DepositOnce - Institutional Repository for Research Data and Publications of TU Berlin
Wie herausgegeben Creative Commons Attribution 4.0 International CC BY 4.0
Schule Technische Universität Berlin
Zusammenfassung In der vorliegenden Arbeit wurde die Auswirkung von aerodynamischer Verstimmung auf die aeroelastische Stabilität eines Verdichtergitters untersucht. Die experimentellen Untersuchungen wurden an einem schwingenden Gitter am Fachgebiet Luftfahrtantriebe der Technischen Universität Berlin in Deutschland durchgeführt. Um die Veränderung der aeroelastischen Stabilität aufgrund der Verstimmung zu untersuchen, wurde die aerodynamische Antwort des schwingenden Gitters gemessen. Die Schaufeln können in der Messstrecke zwangsbewegt werden, verschiedene Phasendifferenzwinkel und reduzierte Frequenzen können untersucht werden. Die Verstimmung wurde mit einer Änderung des Staffelungswinkels realisiert. Vier verschiedene Verstimmungsmuster wurden untersucht, das erste ist eine Verstimmung der mittleren Schaufel der Kaskade, das zweite ein alternierendes Muster, das dritte ein zufälliges und das letzte Muster untersucht verschiedene Testfälle, in denen der Staffelungswinkel von allen Schaufeln manipuliert wurde. Zuerst wurde die Basisströmung für verschiedene Mach- und Reynoldszahlen untersucht. Die aerodynamische Antwort des schwingenden Gitters wurde mit instationären Drucksensoren und Dehnmessstreifen gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Verstimmung stabilisierend oder destabilisierend auf das System wirken kann, abhängig vom Verstimmungsmuster. Für das erste und zweite Muster in Kombination mit einer positiven Änderung des Staffelungswinkels zeigt das System eine ähnliche Dämpfungscharakteristik im Vergleich zum Referenzfall d.h. das Vorzeichen der Dämpfung bleibt für die untersuchten Phasendifferenzwinkel erhalten. Eine negative Änderung des Staffelungswinkels für die gleichen Testfälle zeigt, dass das Vorzeichen der Dämpfung für einen untersuchten Phasendifferenzwinkel von einem stabilen zu einem instabilen Zustand wechselt. Der dritte Testfall zeigt kaum eine Auswirkung auf die aeroelastische Stabilität des Systems. Für große negative Änderungen des Staffelungswinkels von allen Schaufeln im Gitter, ändert sich die Amplitude der Dämpfungskurve und bestimmt die Schwere dieser Stabilitätsbereiche. In der Vergangenheit konzentrierten sich die Forschungsvorhaben im Bereich Verstimmung auf die Manipulation von Masse, Steifigkeit und Dämpfung; Parameter, die die Eigenfrequenzen der Schaufeln ändern. Die vorliegende Arbeit soll zu einer Erweiterung des physikalischen Verständnisses einer aerodynamisch verstimmten Kaskade beitragen, charakterisiert die zugrundeliegenden Mechanismen und gibt einen Ausblick, wie die Ergebnisse in Verdichterentwürfen berücksichtigt werden können.
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