Verdichterdesign und –modellierung für Vision 10 Triebwerkskonzepte (VerDeMod) - Teilprojekt 2.1
Projektleiter: | Prof. Dr.-Ing. Konrad Vogeler |
Finanzierung: | BMFT, Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG |
Laufzeit: | 07/04 - 12/07 (Luftfahrtforschungsprogramm 2007-2010) |
Beschreibung:
Ziel dieses Vorhabens ist zum einen, eine aerodynamische Bewertung von realen Verdichterbeschaufelungen gegenüber Toleranzen in der Fertigung zu ermöglichen. Zum anderen soll eine Bewertungsmöglichkeit der Fehlertoleranzen und die Definition von Bandbreiten für einen vorgegebenen Wirkungsgradbereich zur Verfügung gestellt werden. Mit der Kenntnis über die Auswirkungen von Toleranzen aus dem realen Fertigungsprozess ist es möglich, Toleranzbänder aufzuweiten, wenn die tolerierte Größe geringen Einfluss auf die aerodynamische Güte hat und es können Toleranzbänder gezielt eingeengt werden, wenn die Streuung dieser Größe einen großen Einfluss auf die aerodynamische Güte (Profilverlust / Umlenkung) hat. Im ersten Arbeitsschritt werden von einem Referenzverdichter zwei Laufschaufelreihen ausgewählt. Aus dem Fertigungsprozess heraus sollen diese Schaufeln detailliert vermessen werden, um die tatsächlichen Geometriedaten zunächst statistisch zu erfassen. Ergebnis dieser statistischen Auswertung sind Erkenntnisse über die Streuungen (Art und Größe) der Geometrieparameter und die Korrelationen der Geometrieparameter untereinander. Anschließend soll mit Hilfe dieser Informationen für jede Schaufelreihe ein parametrisiertes CFD-Netz erstellt werden. Im nächsten Arbeitsschritt wird mit diesen parametrischen Netzen mit probabilistischen CFD-Analysen die Streuung des Wirkungsgrades der jeweiligen Schaufelreihen ermittelt. Die statistische Auswertung der Ergebnisse der probabilistischen CFD-Analysen jeder Schaufelreihe liefert anschließend die Sensitivitäten des umfangsgemittelten radialen Wirkungsgrades gegenüber den Geometrieparametern. Mit diesen Sensitivitäten ergeben sich Rückschlüsse auf die Optimierungsmöglichkeiten im Fertigungsprozess. Die heutigen Fertigungstoleranzen können überprüft und bewertet werden, solche mit geringem Einfluss können u. U. verbreitert werden, Toleranzbänder mit großem Einfluss können erkannt und ggf. eingeengt werden. Die Kenntnis über die Einflüsse der unterschiedlichen Toleranzbänder kann darüber hinaus genutzt werden, um unsensitive Profilgeometrien zu entwickeln.
Anschließend soll die Auswirkung der mit den probabilistischen CFD-Analysen ermittelten Streuungen der Wirkungsgrade der einzelnen Verdichterschaufelreihen auf das Kennfeld des gesamten Verdichters ermittelt werden. Dazu werden die Streuung der gerechneten, umfangsgemittelten Verlustverteilungen mit Korrekturfunktion auf die radialen Verlustkorrelationen im S2 Verfahren übersetzt und mit diesen Verlustkorrelationen in einer probabilistischen Simulation das Kennfeld mit seinen Streuungen ermittelt.