Einzelvorhabenbeschreibung

An der Universität Stuttgart wird das Potential von Konturbeulen („Bumps“) auf der Flügeloberseite zur Flatterunterdrückung untersucht. Dazu werden Prozessketten für den 2D und 3D Fall aufgebaut, mit denen Bumps an Profilschnitten und Tragflügeln ausgelegt werden können. Basierend auf Vorarbeiten zur Flatteranalyse werden die Bumps dabei zunächst unter Beachtung der stationären aerodynamischen Beiwerte und deren Gradienten ausgelegt. Im nächsten Schritt werden mithilfe von instationären Berechnungen erzwungene Impulsanregungen untersucht, die die Durchführung einer linearisierten Flatteranalyse ermöglichen. Um diese Methoden zu validieren, werden auch strukturgekoppelte, zeitlich aufgelöste Rechnungen durchgeführt. Dabei werden die Strukturbewegungen der Körper auf ihre relevanten Moden reduziert. Mithilfe der gewonnenen Erkenntnisse wird dann ein realitätsnaher Fall betrachtet, bei dem für einen hochgestreckten, dreidimensionalen Pfeilflügel eine Bump ausgelegt wird. Die Wirksamkeit der Bumps zur Erhöhung der Flattergrenze wird quantifiziert. Um weitere Untersuchungen und auch eine industrielle Weiterverfolgung dieses Ansatzes zu ermöglichen, werden Handlungsempfehlungen und empirische Auslegungsrichtlinien für generalisierte Anwendungsfälle entwickelt.

In diesem Teilprojekt untersuchen wir die Wirkweise und Effizienz verschiedener, semiaktiver Maßnahmen zur Flattervermeidung an den transonisch laufenden Fan-Schaufeln moderner Triebwerke. Dabei liegt das Hauptaugenmerk auf  Konturbeulen („Bumps“). Die besondere Schwierigkeit beim Verdichter im Vergleich zum Flügel ergibt sich aus der durch die Periodizität in Umlaufrichtung entstehenden Kopplungen. Basierend auf Vorarbeiten und gemeinsam mit den Projektpartnern werden zunächst geeignete Maßnahmen und relevante Betriebspunkte analysiert, die eine hohe Flatterneigung erwarten lassen. Initiale Konfigurationen der Bumps werden abgeleitet. Für die Schaufeln mit und ohne Bumps werden anschließend hochaufgelöste instationäre Large-Eddy Simulationen durchgeführt, die einerseits die Stoß-Grenzschicht-Interaktion zuverlässig vorhersagen und andererseits als Absicherung der Designverfahren basierend auf RANS-Methoden dienen. Anschließend werden mithilfe von instationären Berechnungen erzwungene Impulsanregungen untersucht, die eine linearisierte Flatteranalyse ermöglichen. Zur Erfassung von nicht-linearen Kopplungseffekten werden anschließend Fluid-Struktur-Interaktionssimulationen durchgeführt, bei denen die Strukturdynamik durch einen modalen Ansatz in einer reduzierten Basis dargestellt wird. Aus den so gewonnenen Ergebnissen lassen sich dann Grenzzyklusschwingungen und daraus folgend Designrichtlinien für Shock-Control-Bumps für den industriellen Einsatz ableiten.