Zum Schutz von Flugzeugtriebwerken die Grenzen der Modellierung erweitern
Rotoren oder Blisks von Turbinentriebwerken sind anfällig gegenüber durch Schwingungen verursachten Problemen. Starke Schwingungen können sich negativ auf verstellte Blisks auswirken, die aufgrund von Abnutzung oder einer fehlerhaften Fertigung strukturelle Variationen aufweisen. Fremdkörper, die in das Triebwerk gesaugt werden und die daraus resultierenden Schaufelschäden sind zudem für Ausfälle verantwortlich. Die Entwicklung bordeigener Instrumente für die strukturelle Zustandsüberwachung hat daher hohe Priorität. Dies war das Ziel des EU-finanzierten Projekts UPGRADE (Complex dynamic interactions of nonlinear, multistage and localization phenomena in turbine engines: Development and validation of efficient and accurate modeling techniques). Eine effektive SHM gründet auf einem tiefgreifenden Verständnis der zugrundeliegenden physikalischen Phänomene, die überwacht werden sollen sowie der Korrelation wichtiger damit zusammenhängender Parameter mit messbaren Schaufelschäden. Forscher haben die fundamentale Physik untersucht, die der komplexen und mehrstufigen Reaktion eines Triebwerksrotors mit rissigen und/oder falsch eingestellten Schaufeln zugrunde liegt. Im Zuge einer Analyse erzwungener Schwingungen wurde ein Zahlencode implementiert, um eine Datenbank mit Reaktionen auf verschiedene Schwingungsfrequenzen für richtig und falsch eingestellte Komponenten einzurichten. In einem nächsten Schritt entwickelte das Team vereinfachte Modellierungsverfahren, um die Dauer nichtlinearer Analysen bezüglich beschädigter Blisks zu verringern. Nachdem der theoretische Hintergrund für die SHM ausgearbeitet war, erstellte das Team ein Verfahren für die Risserkennung und -lokalisierung bei fehlgestellten und rissigen Blisks. Zu diesem Zweck wurden Schaufelmodelle an einem Prüfstand getestet, der für die experimentelle Validierung der Genauigkeit und Wirksamkeit bei der Identifizierung rissiger Schaufeln von Triebwerkskomponenten konzipiert ist. UPGRADE lieferte die Grundbausteine für ein SHM-System, das in der Lage ist, Schäden an Blisks von Turbinentriebwerken zu erkennen. Die neuen Verfahren zur Online-Risserkennung werden kritische Wartungs- und Reparaturentscheidungen ermöglichen, die zu verbesserten Betriebsmöglichkeiten führen. Die Vorteile schlagen sich aufgrund einer verstärkten Verwendung von Modellierungen und Simulationen ebenfalls in der Entwicklung neuer Luftfahrzeuge in der Luft- und Raumfahrtindustrie nieder.
Schlüsselbegriffe
Flugzeugtriebwerke, strukturelle Zustandsüberwachung, Blisks, große Schwingungen, UPGRADE
