Betriebsbedingter Verschleiß von Verdichterblisken und dessen Auswirkungen auf die Aerodynamik
Andreas Engel
Die aktuellen Entwicklungen bei der Regeneration von Flugtriebwerken in der zivilen Luftfahrt zielen auf die Einführung einer zustandsbasierten Wartung ab. Dabei werden für jedes Bauteil in Abhängigkeit seines Zustandes gezielte, maßgeschneiderte Regenerationsmaßnahmen durchgeführt. Es ergibt sich die Forderung eine Regeneration basierend auf dem aktuellen Zustand, den Anforderungen des Triebwerksbetreibers und dessen zukünftige Einsatzszenarien umzusetzen. Für die Durchführung dieser Wartungsphilosophie ist ein detailliertes Wissen über die Änderungen des Bauteils aufgrund von betriebsbedingter Beanspruchung und die daraus resultierenden Effekte auf die Leistung des Bauteils notwendig. Für eine Hochdruckverdichterblisk sind vor allem die Auswirkungen und Effekte von betriebsbedingt beanspruchten Schaufeln der entscheidende Faktor für eine effektive Regeneration. In der vorliegenden Arbeit werden die Grundlagen gelegt, um eine effektive und erfolgreiche zustandsbasierteWartung an hochintegrierten Blisken durchzuführen. Dazu wurden real geflogene Blisken digitalisiert und ausgewertet. Die analysierte betriebsbedingte Beanspruchung weist eine heterogene Verteilung über den Umfang der Blisken auf. Dabei zeigt sich, dass es zu einer Kopplung verschiedener geometrischer Parameter unterschiedlicher Ausprägung an benachbarten Schaufeln kommt. Eine auf diesen Ergebnissen aufbauende Sensitivitätsanalyse für gekoppelte, benachbarte Profilschnitte zeigt, dass es dominante betriebsbedingt beanspruchte Profilparameter gibt, die Einfluss auf die Aerodynamik der benachbarten Profile ausüben. Dabei kann es zu einer ungünstigen Kopplung von unterschiedlichen Profilparametern kommen, deren Auswirkungen sich verstärken. Aufbauend auf den ermittelten Sensitivitäten kann an einer Blisk-Stufe gezeigt werden, dass es bei einer ungünstigen Kopplung von sensitiven Geometrieparametern an benachbarten Schaufeln zu einer erheblichen Verschlechterung des Wirkungsgrades und des Totaldruckverhältnisses kommen kann. Als Ergebnis der Arbeit können dominante geometrische Profilparameter benannt werden, die bei einer ungünstigen Kopplung von Blisk-Schaufeln die Leistungsfähigkeit erheblich beeinträchtigen. Daher sollten bei der Regeneration von Blisken nicht nur die zu wartende Schaufel betrachtet, sondern auch die benachbarten Schaufeln miteinbezogen werden. Dadurch kann eine kritische Kopplung von betriebsbedingt beanspruchten Schaufeln vermieden und die Leistungsfähigkeit einer Blisk wiederhergestellt werden.
