Effiziente Schwingungsanalyse von Blisks

Verbunden mit der Forderung nach immer umweltfreundlicheren, leistungsfähigeren und hinsichtlich ihres Treibstoffverbrauchs optimierten Flugtriebwerken nimmt die Integralbauweise einen immer größeren Stellenwert ein. Radiale Turbinen- und Verdichterräder repräsentieren in vielfältigen technischen Anwendungen längst den Stand der Technik und sind als Eckpfeiler für die Erfüllung wachsender Anforderungen in Bezugm auf Wirtschaftlichkeit, Effizienz und Umweltverträglichkeit moderner Verbrennungskraftmaschinen unverzichtbar. Insbesondere mit der Einführung von Abgasturboladern in dem globalen Markt von kleinen und mittleren Dieselmotoren konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um Prof. Dr.-Ing. Kühhorn eine Steigerung des Motorwirkungsgrades sowie eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Abgas- und Geräuschemissionen erreichen. 

Die strukturdynamischen Verfahren integraler Radialräder sind übertragbar auf Blisken von Flugtriebwerken in Axialbauweise. Blisks – kurz für Blade integrated disks – weisen eine Reihe weiterer Besonderheiten auf: sie sind leicht und die Montagekosten für die Schaufeln entfallen. 

Die Lebensdauer dieser Laufräder in Integralbauweise steht im Fokus des neuen Projekts »Mistuning und Dämpfung III«, das mit einem Volument von 180 T Euro von namenhaften Unternehmen wie MAN Diesel & Turbo SE, Rolls-Royce Power Systems AG, Siemens AG, ABB Turbo Systems Ltd, IHI Charging Systems GmbH, BorgWarner Turbo Systems Engineering GmbH et cetera gefördert wird. 

Die Forscher des Fachgebiets Strukturmechanik und Fahrzeugschwingungen befassen sich darin mit dem Schwingungsverhalten von Verdichter- und Turbinenlaufrädern in Turboladern. Selbst geringste material- oder fertigungsbedingte Abweichungen führen zu Veränderungen, die im Englischen als Mistuning bezeichnet werden. Ziel des Projekts ist es, die Übertragbarkeit der methodischen Erkenntnisse der Vorgängervorhaben auf beliebige Radiallaufrad-Typen gängiger Größen und Materialen unter Berücksichtigung des Herstellungsverfahrens nachzuweisen. Untersucht werden sowohl kleine, schnelllaufende Räder aus dem Automotive-Bereich bis hin zu großen, langsamer laufenden Rädern der Dieselmotoren von Schiffen.

In den Vorgängervorhaben »Mistuning und Dämpfung von Radialturbinen I und II« konnte anhand zweier konkret untersuchter Radialturbinenlaufräder ein jeweils industriegerechter Leitfaden für die Berücksichtigung des Mistunings in Verbindung mit geringer Dämpfung und dessen Auswirkung auf Schwingungsamplituden und Lebensdauer bereitgestellt werden.