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Langzeit-Schwingfestigkeit Gegenstand einer tiefgreifenden Studie

Langzeit-Schwingfestigkeit. Ein böses Wort für eine große Branche. Mit einfachen Worten ausgedrückt bedeutet Langzeit-Schwingfestigkeit (High Cycle Fatigue, HCF) in der Luft- und Raumfahrtindustrie Motorenprobleme. Kritische Motorenprobleme, die Instandhaltungskosten von Hunderten Millionen Euro und sogar den Verlust von Flugzeugen und Menschenleben verursachen können.

Industrielle Technologien

Schwingungsbeanspruchungszyklen, die im Bereich von Tausenden von Zyklen pro Sekunde auftreten, können zu Rissbildungen in Motorenblättern von Gasturbinen führen. Innerhalb weniger Minuten können sich für das bloße Auge unsichtbare Mikromillimeterrisse auf mehrere Millimeter ausweiten, wodurch es zu kritischen Ausfällen wichtiger Motorbauteile, wie z.B. Lüfter, Turbinen und Verdichter, kommt. Man muss nicht erst große Berechnungen anstellen, um das Katastrophenpotenzial zu erkennen, das ein solcher Vorfall in sich bergen kann. Daher ist es unbedingt notwendig geworden, ein Mittel zu entwickeln, mit dem sich HCF-Ausfälle vorhersagen lassen, um die Sicherheit des Flugzeugs sowie die Zuverlässigkeit des Motors zu optimieren und die Betriebskosten zu senken. Angesichts dessen war das ADTurB-Projekt bestrebt, ein Messprogramm zu entwickeln, das qualitativ hochwertige Daten liefern würde, die sowohl derzeitige als auch künftige Vorhersagesoftware validieren könnten. Folglich wurden zwei Versuchsreihen festgelegt. Die erste davon war eine bei EPFL errichtete Anlage, die das Superpositionsprinzip der gesteuerten Reaktion validieren sollte. Die zweite wurde beim DLR errichtet und lieferte Validierungsdaten zum aerodynamischen und Schwingungsverhalten bei einer realistischen Turbinenstufe. In beiden Fällen erfolgte die Validierung auf allen Stufen, um Fehler genauestens zu bestimmen. Im Ergebnis des Messprogramms wurde eine Ergebnisdatenbank erstellt, die einen leichten Vergleich von Datensätzen und einen bequemen Zugang zu den Daten ermöglicht. Obgleich die Ergebnisse zeigen, dass die Vorhersagefunktionen des Projektes gut modelliert sind, bleibt die Vorhersage nicht stationärer Aerodynamik wie bisher der größte Fehlerfaktor. Dennoch lieferte die DLR-Anlage dahingehend nützliche Daten, dass sie ein sehr geringes Motorenschwingungsverhalten zeigte. Das Messprogramm wird mit diesen Daten weiterarbeiten und diese als Grundlage einer weiteren Studie in ADTurb II verwenden.

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