In Turboverdichtern von Flugzeugtriebwerken lassen sich Druck und Massenstrom durch höhere Umdrehungsgeschwindigkeiten der Schaufeln bis zu einer durch die Materialbeanspruchungsgrenze vorgegebenen Maximalgeschwindigkeit (maximale Schaufelgeschwindigkeit etwa 400 m/s) steigern, außerdem begrenzt bei verstärktem Massenstrom der Gegendruck in Richtung Strömung und die damit verbundene rotierende Ablösung der Strömung oder bei Verdichterpumpen der Pumpstoß (vollständiges Rückströmen) die mögliche Druckerhöhung. Bisherige Versuche zur rechtzeitigen Entdeckung von Druckschwankungen und aerodynamischer Instabilitäten durch Auswertung von Druckmeßwerten an unterschiedlichen Meßpunkten eines mehrstufigen Verdichters mit Hilfe neuronaler Netze, Fourier-Transformation und Frequenzanalyse der Drucksignale zeitlich hochauflösender Sensoren (Erfassung schneller, kleiner Druckschwankungen) führten zu keinen befriedigenden Prognoseergebnissen. Daher wurden die Bereiche höherer Harmonischer der Grundfrequenz, die kürzere Schwingungen mit kleinen Amplituden darstellen, die als Folge kurzer schneller Druckschwankungen auftreten, einer Cepstrum-Analyse unterzogen, mit deren Hilfe auch sonst nur schwer auszumachende regelmäßige Strukturen im Frequenzspektrum sichtbar gemacht werden können. Mit Hilfe der Cepstrum-Analyse (das Cepstrum ist die umgekehrte Fourier-Transformation des logarithmierten Frequenzspektrums) von Drucksignalen konnte ein Parameter eindeutig identifiziert werden, der als Kenngröße für drohende Instabilitäten herangezogen werden konnte: die Intensität der Blattfolgefrequenz CB des Rotors. Die kontinuierliche Änderung des Betriebszustandes zeigte sich bei allen Versuchen in einer Abnahme des CB-Wertes bis zu dem Punkt, an dem die Strömung an den Verdichterschaufeln abriß. Außerdem stellte sich heraus, dass der Koeffizient CB direkt vom momentanen Massenstrom abhängt, so dass CB auch zur Bestimmung des Massenstroms verwendet werden kann.
Signale aus dem Grenzbereich. Aerodynamische Stabilität in Turboverdichtern
Signals indicating boundary conditions. Aerodynamic stability of turbojets
Rubin ; 14 , Sonderheft Maschinenbau ; 12-16
2004
5 Seiten, 8 Bilder, 1 Tabelle
Article (Journal)
German
Kreiselverdichter , Flugzeugtriebwerk , instabile Strömung , Strömungsabriss , Druckänderung , Turbinenschaufel , mehrstufiger Verdichter , Drucksensor , Messort , Messdatenauswertung , Frequenzanalyse , Fourier-Transformation , Verfahrenseignung , Messverfahren , Fourier-Analyse , Schwingungsanalyse , Sinusschwingung , Zustandsüberwachung , Betriebszustand , Laufrad (Strömungsmaschine) , Turbinenwelle , Randbedingung , Stabilitätsbedingung , Massestrom , Drehzahl , Rauschunterdrückung
Die linke Kennfeldgrenze von Turboverdichtern
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