Akustische Anregung von Schaufelschwingungen in Turbomaschinen

Die Aeroelastik ist für die Auslegung von Turbomaschinen von zentraler Bedeutung. Besonders deutlich wird dies am Beispiel von integralen Laufrädern, einer Technologie, die aktuell zur Steigerung der spezifischen aerodynamischen Stufenarbeit eingesetzt wird. Die integrale Verbindung zwischen den Schaufeln und der Scheibe lässt gegenüber konventionell ausgeführten Steckverbindungen höhere mechanische Belastungen zum Beispiel durch höhere Drehzahlen zu. Gesteigerte Drehzahlen haben den Vorteil, dass die spezifische aerodynamische Stufenarbeit ebenfalls gesteigert werden kann. Als ein Nachteil der integralen Bauweise ergibt sich jedoch eine erhöhte Schwinganfälligkeit der Beschaufelung. Um die Betriebssicherheit gewährleisten zu können, müssen Schaufelschwingungen in der Auslegung berücksichtigt werden. Hierfür sind zum einen ein tiefgreifendes physikalisches Verständnis und zum anderen experimentell validierte Berechnungsverfahren notwendig. Für beide Anforderungen werden qualitativ hochwertige Messdaten benötigt, die unter möglichst realitätsnahen Bedingungen erfasst werden. Daten der erforderlichen Qualität sind in der frei zugänglichen Literatur jedoch nicht vorhanden. Vielmehr ist ein Mangel an publizierten Ergebnissen festzustellen, die zum Beispiel die Rotation der Laufschaufeln in Turbomaschinen mit einbeziehen. Mit dem Ziel, Schaufelschwingungen gezielt anregen zu können und damit eine Grundlage für die Erforschung der Physik aeroelastischer Effekte und für die Validierung numerischer Verfahren zu schaffen, wird in dieser Arbeit ein akustisches Anregungssystem entwickelt. Das Grundkonzept dieses Systems sieht eine definierte Anzahl von akustischen Anregungseinheiten vor, die auf den Umfang gezielt verteilt und im Gehäuse der Turbomaschine fixiert eine Laufschaufelreihe zum Schwingen anregen. Zunächst werden die akustischen Anregungseinheiten ausgelegt sowie der Einfluss einer typischen Turbomaschinenströmung auf die akustische Anregung untersucht. Anschließend