Das Projekt "Teilvorhaben 4.3.3, 'Aeroelastische Untersuchung von Turbinenschaufeln unter Berücksichtigung von Plattform und Deckband mittels linearer Simulationstechniken'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Institut für Antriebstechnik durchgeführt. 1. Dieses Vorhaben ist Bestandteil des Verbundprojektes COORETEC-turbo. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines hybriden linearen Berechnungsverfahrens für Schaufelflattern und Forced Response. Durch unstrukturierte / hybride Vernetzung wird die Geometrie einschließlich Deckband, Part-span snubber und Plattform aufgelöst (Erhöhung der Genauigkeit der Simulation, Durchlaufzeitverringerung durch Entfall manueller Idealisierung). Der lineare Lösungsansatz ermöglicht im Vergleich zu herkömmlichen nichtlinearen Verfahren extrem kurze Rechenzeiten. 2. Entwicklung und Erprobung eines Lösungsalgorithmus für unstrukturierte Gitternetze auf der Basis der linearisierten Navier-Stokes-Gleichungen. Implementierung in das vorhandene DLR Programm TRACE. Validierung und Erprobung an generischen und realen dreidimensionalen Turbinentestfällen. 3. Nach erfolgreicher Projektdurchführung erlaubt das Programm eine numerische Abschätzung des aero-elastischen Anregungsverhalten von Turbinenschaufeln bei extrem kurzen Antwortzeiten. Das Programm soll nach seiner Fertigstellung bei den Industriepartnern für die aeroelastische Schaufelauslegung eingesetzt werden.
Das Projekt "Vorhaben-Gruppe 4.1.5, Optimierung von linearen Simulationstechniken für die aeroelastische Auslegung gekoppelter Turbinenschaufeln" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Institut für Antriebstechnik durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung effizienter Rechenmethoden auf der Basis der linearisierten Navier-Stokes-Gleichungen. Eine große Herausforderung liegt in der Erhöhung der Abbildungsgenauigkeit durch korrekte Auflösung der Geometrie einschließlich von Deckplatten und Snubbern. Dies ist mit vertretbarem Anwenderaufwand nur unter Verwendung unstrukturierter Gitternetze möglich. Ziele sind also sowohl die Genauigkeitssteigerung als auch eine erheblich Reduktion von Durchlaufzeiten gegenüber aktueller Auslegungsmethoden. Damit erst wird die numerische Abschätzung elastischer Anregungen von Turbinenschaufeln im industriellen Auslegungsprozess in immer kürzeren Designzyklen möglich. Die aero-mechanische Belastung der Turbinenschaufeln insbesondere durch Flattern muss daher immer mehr als Begrenzungsfaktor gesehen werden und bereits beim Entwurf der Schaufeln berücksichtigt werden, insbesondere bei verschiedenen Betriebszuständen. Hauptanforderungen sind neben der Vorhersage-Genauigkeit eine geringe Durchlaufzeit in der Rechnungsvorbereitung/-auswertung sowie geringe Rechenzeiten, um eine Vielzahl von Betriebspunkten im Design-Prozess bewerten zu können. Der Schwerpunkt dieses Projektes liegt in der Entwicklung und Erprobung eines Lösungsalgorithmus für unstrukturierte Gitternetze auf der Basis der linearisierten Navier-Stokes-Gleichungen, um die Durchlaufzeiten bei der Auslegung von Turbinenschaufeln zu reduzieren. Unstrukturierte Gitternetze kommen insbesondere bei der Vernetzung komplexer Schaufelgeometrien (Snubber, Deckbänder, etc.) zum Einsatz. Dadurch entfällt die bei blockstrukturierter Vernetzung manuell vorzunehmende Idealisierung des Rechengebiets. Außerdem erhöht die Berücksichtigung von geometrischen Details die Genauigkeit der Simulation. Lineare Lösungsverfahren ermöglichen extrem kurze Antwortzeiten für die aeroelastische Bewertung von Turbinenschaufeln, wie sie in der industriellen Auslegung erforderlich sind. Diese liegen bei einem linearen Verfahren zur Flatterrechnung um 2 Größenordnungen unter den Rechenzeiten entsprechender nichtlinearer instationärer Simulationen. Die Linearisierung der Navier-Stokes-Gleichungen soll im Rahmen dieses Projektes über einen zeitharmonischen Ansatz realisiert werden. Dabei wird das Strömungsfeld in einen stationären und instationären Teil zerlegt. Der instationäre Teil kann dann unter der Annahme kleiner Amplituden durch eine modale Zerlegung unter Vernachlässigung Terme höherer Ordnung in der Zeit durch ein lineares Gleichungssystem beschrieben werden. Mit diesem Ansatz lässt sich das Verhalten der Schaufel bei Anregung bei einer bestimmten Frequenz untersuchen.