VZLÚ se podílí na zvyšování

bezpečnosti leteckých motorů


Letecké motory bezesporu patří mezi nejspolehlivější mechanická zařízení, která kdy byla zkonstruována. I po mnoha dekádách výzkumu tu ale existují jevy, které nejsou zatím dobře predikovatelné, jedním z nich je například dynamická odezva turbínových motorů.

Olopatkované disky kompresorů a turbín jsou nejdůležitější částí leteckých motorů. Jejich konstrukční řešení v současné době prodělává výraznou změnu díky novým výrobním postupům jako je například 3D tisk. Původní skládané konstrukce (disk, lopatky) jsou nahrazeny integrální konstrukcí, která umožňuje konstruktérovi vyšší otáčky rotoru a tím i dosahovat v konečném důsledku vyššího výkonu. Vlivem výpočetní techniky a optimalizačním procesům se ale výrazně snížila rezerva pro dynamické přetížení. Výsledkem optimalizačních postupů je konstrukce s maximálním využitím použité hmoty, která postrádá dříve používané konstrukční tlumící prvky pohlcující dynamické namáhání.

Z tohoto důvodu je zapotřebí se zaobírat i zdánlivě nepatrnými jevy jako je mírné opotřebení lopatek či výrobní nepřesnosti. Tyto jevy mohou výrazně ovlivnit dynamickou odezvu lopatkových kol a výrazně snížit životnost celého systému. S těmito jevy se primárně počítá u axiálních stupňů kompresoru, ale můžeme se s nimi setkat jak u radiálních stupňů kompresoru, tak i u turbín. Narušení symetrie systému lopatkového kola vede k jeho rozladění, štěpení modálních tvarů a ve svém důsledku k lokalizaci deformační energie a zesílení rezonanční odezvy.

Odborníci ve VZLÚ pro studium dynamické odezvy navrhli postupně dvě experimentální zařízení. V prvním případě se použilo inverzního přístupu v podání stator a rotor. Oběžné lopatkové kolo je pevně chyceno a kolem rotuje soustava trysek simulujících interakci mezi statorovými rozváděcími lopatkami a lopatkami oběžného kola. Tento přístup výrazně usnadnil měření dynamické odezvy na lopatkovém kole, ale má svá omezení. Nejdou zde vybudit všechny jevy spojené s rotujícím systémem. Neprojeví se zde vlivy spojené s odstředivou silou a gyroskopickými účinky, ale pro základní stanovení rezonančních stavů dostatečně postačuje a výrazně ušetří náklady spojené s obdobným testováním v motoru.

V druhém případě byla zkonstruována roztáčečka s možností simulace buzení předem danou harmonickou složkou. Konstrukce tohoto standu je určena ke studiu vlivu rozladění systému 2D lopatkového kola se zahrnutím gyroskopických účinků. Cílem je zjistit vliv úrovně rozladění lopatkového kola na dynamickou odezvu v podobě rotujících vln modálních tvarů.

Výsledkem výzkumu budou nové nástroje pro komplexní návrh kompresorových a turbínových kol optimalizovaných pro letecké aplikace a dále nástroje pro inteligentní diagnostiku leteckého motoru.

Text a foto: Výzkumný a zkušební letecký ústav

Knižné novinky