Schlüsselwort: Hochdruckverdichterlaufräder

Im modernen Triebwerksbau repräsentieren Hochdruckverdichterlaufräder in integraler Bauweise den aktuellen Stand der Technik. Im Vergleich zum konventionellen gesteckten Schaufel-Scheibe-Verbund ist die Schaufelfuß-Scheibennut-Verbindung bei integralen Bauweisen nicht vorhanden, wodurch sich die wesentlichen Vorteile der Gewichtseinsparung und des höheren Wirkungsgrades ergeben. Diesen Vorteilen steht vor allem der Nachteil der geringen verbleibenden Material- und Strukturdämpfung entgegen. Um Schaufelüberlastungen infolge von aerodynamisch selbst - oder fremderregten Schwingungen im gesamten Betriebsbereich zu vermeiden, gewinnt die effiziente Bestimmung der aerodynamischen Dämpfung sowie der aerodynamischen Erregerkräfte bereits in frühen Entwicklungsphasen verstärkt an Bedeutung. Die vorliegende Arbeit hat das Ziel, einen automatisierten und effizienten Bewertungsprozess zu implementieren. Der Fokus liegt auf der Analyse des Einflusses von Entwurfsänderungen, basierend auf parametrisierten Schaufelblattbeschreibungen, und der Analyse der Auswirkungen von Fertigungsabweichungen, basierend auf optisch digitalisierten Realgeometrien, auf das aeromechanische und strukturelle Verhalten. Zunächst wird der Stand der Technik bezogen auf die Dynamik und die Aeroelastik von Turbomaschinenbeschaufelungen zusammengefasst. Anschließend wird der implementierte Bewertungsprozess detailliert vorgestellt. Darauf aufbauend wird anhand der Standardkonfiguration 10 sowie der Standardkonfiguration 11 und einer realen Verdichterstufe gezeigt, inwieweit der zeitlinearisierte Löser Hydlin zur Berechnung selbst- und fremderregter aerodynamischer Luftkräfte verwendet werden kann und ein Vergleich zu Ergebnissen des zeitgenauen Aeroelastiklösers Au3D gezogen. Abschließend werden die Ergebnisse von drei beispielhaften Analysen vorgestellt und diskutiert, welche mit dem implementierten Prozess durchgeführt werden können. Dazu zählen Sensitivitätstudien bezüglich systematischer und zufälliger Variationen der geometrischen Parameter sowohl an einem vereinfachten Q3D-Mittelschnittmodell als auch am 3D-Modell eines realen integralen Verdichterrotors. Es wird ermittelt in welchem Maße sich Streuungen der geometrischen Parameter auf die aerodynamische Dämpfung, die aerodynamischen Erregerkraftamplitude und das Dauerbeanspruchungsniveau auswirken. Zudem wird der Einfluss von realen Fertigungsabweichungen auf wesentliche strukturmechanische, aerodynamische und aeroelastische Parameter untersucht und die Ermittlung wesentlicher dominanter Bestandteile mittels Hauptkomponentenanalyse aus den optisch gemessenen Abweichungen erläutert.