Przekraczanie granic możliwości modelowania w projektowaniu silników lotniczych
Wirniki silników turbinowych, czyli dyski z łopatami, są podatne na problemy wywołane wibracjami. Silne drgania mogą mieć negatywny wpływ na dyski z łopatami, które są niewłaściwie dopasowane i mają odchylenia strukturalne powstałe podczas produkcji lub w wyniku zużycia. Ponadto obiekty, które wpadają do silników odrzutowych, powodują uszkodzenia łopat, będące przyczyną znacznego odsetka awarii. Stworzenie pokładowych narzędzi SHM dla łopat wirników stanowi więc priorytet. Stanowiło to cel finansowanego przez UE projektu UPGRADE (Complex dynamic interactions of nonlinear, multistage and localization phenomena in turbine engines: Development and validation of efficient and accurate modeling techniques). Skuteczne SHM polega na dogłębnym zrozumieniu podstaw monitorowanego zjawiska fizycznego oraz korelacji jego kluczowych parametrów z mierzalnymi uszkodzeniami łopat. Naukowcy badali fundamentalne prawa fizyki stojące za skomplikowanymi i wieloetapowymi nieliniowymi oddziaływaniami wirnika silnika z pękniętymi i/lub niewłaściwie dopasowanymi łopatami. Jako część analizy reakcji wymuszonej, zaimplementowano kod numeryczny do stworzenia bazy danych, zawierającej odpowiedzi na różne częstotliwości drgań, zarówno dla prawidłowo jak i niewłaściwie dopasowanych elementów. Następnym krokiem zespołu było stworzenie uproszczonych technik modelowania, aby zmniejszyć czas trwania nieliniowej analizy uszkodzonych dysków z łopatami. Po ustaleniu podstaw teoretycznych, niezbędnych dla SHM, zespół stworzył metodę wykrywania pęknięć oraz ich lokalizacji w niedopasowanych i pękniętych dyskach z łopatami. W tym celu, przebadano model łopat przy pomocy osprzętu zaprojektowanego do eksperymentalnej walidacji dokładności i skuteczności identyfikacji pękniętych elementów silnika. Projekt UPGRADE dostarczył istotnych elementów budulcowych systemu SHM, zdolnego do wykrywania uszkodzeń łopat wirników silników turbinowych. Nowe techniki wykrywania pęknięć online umożliwią podejmowanie krytycznych decyzji odnośnie konserwacji i naprawy, prowadzących do poszerzenia spektrum możliwości działania. Korzyści z projektu odniesie również przemysł lotniczy, dzięki tworzeniu nowych statków powietrznych przy zwiększonym wsparciu modelowania i symulacji.
Słowa kluczowe
Silniki lotnicze, monitorowanie stanu konstrukcji, dyski z łopatami, silne drgania, UPGRADE
