Investigation on aerodynamic excited blade vibrations in transonic flow

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Heinz Stetter
• Subject Area: Hydraulic and Turbo Engines and Piston Engines
• Term: from 1999 to 2002
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5188554

Im Rahmen des BMBF-Verbundvorhabens AG Turbo wurde an einem Gitterprüfstand das stoßinduzierte Flattern eines transsonisch durchströmten ebenen Gitters untersucht. Ziel war die Klärung der Betriebsparameter - Machzahl, Inzidenz, Staffelung -, bei denen selbsterregte Schwingungen dadurch entstehen, daß es infolge aerodynamischer Instabilitäten zu einer Verlagerung des Stoßauftreffpunktes auf der Saugseite kommt, wodurch die Profile zu Schwingungen angeregt werden. Diese Schwingungen treten mit Systemeigenfrequenz (dominant) und mit weiteren Frequenzen auf; die Amplituden sind im Hinblick auf die dynamische Festigkeit nicht vernachlässigbar. Die bisher durchgeführten Messungen lieferten Aussagen zu den Schwingungsformen und -frequenzen; die Stoßwanderungen und ihre Frequenz wurden eindeutig nachgewiesen. Mit optischen Meßmethoden wurde die Interaktion qualitativ visualisiert. Zur Vorhersage dieser aerodynamischen Anregung wurde ein Rechenprogramm auf der Basis des am ITSM entwickelten Navier-Stokes-Code ITSM3D erarbeitet. Dabei ist die Modellierung der im bewegten Gitter auftretenden Stoß-Grenzschicht-Interaktion erforderlich. Aufgabe dieses Vorhabens ist es, anhand weitergehender systematischer Untersuchungen den Mechanismus der Stoß-Grenzschicht-Interaktion und der daraus resultierenden Schaufelschwingungen so detailliert zu betrachten, daß die für die numerischen Brechnungen erforderiche Modellierung unterstützt und das Rechenverfahren validiert werden kann. Hierzu werden zeitlich und örtlich hoch auflösende Meßverfahren eingesetzt wie eine Schlierenoptik in Verbindung mit einer Hochgeschwindigkeitskamera sowie eine Folienmeßtechnik und instationär messende Drucksensoren zur Ermittlung der Druckfluktationen auf der Profiloberfläche. Die Ziele im einzelnen sind: Quantifizierung der Strömungsvorgänge durch Bestimmung der Stoßintensität und der Dichtegradienten im Schaufelkanal, Erfassung der Stoß-Grenzschicht-Interaktion und des Grenzschichtsverhaltens (Ablösung, Wiederanlegen), Bestimmung der Schaufel- und Stoßfrequenzen bei Variation der Reynoldszahl sowie Ermittlungen des Stoßverhaltens bei Verschiebung der Schaufeleigenfrequenzen des Gitters.

• DFG Programme: Research Grants