Dynamic analysis of first stage compressor bladed disk of an aircraft engine

• Autorzy: Rzadkowski R. , Drewczyński M. , Soliński M. , Maurin A. , Maciejewska A. , Szczepanik R.

Warianty tytułu

PL

Analiza dynamiczna ułopatkowanej tarczy pierwszego stopnia sprężarki silnika lotniczego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

There have been a number of SO-3 first stage compressor blade failures. An experiment was carried out on a first stage rotor blade in the compressor of an SO-3 engine at the Air Force Institute of Technology in Warsaw. The natural frequencies of rotor blades were measured. Next, the tip-timing measurement of rotor blade was done in an engine working at various speeds. Various operation conditions were assumed, such as the presence of a foreign object in the engine inlet. Structure and flow calculations were carried out to compare the experimental results. An FEM was used to calculate the natural frequencies of a mistuned bladed disk. The FLUENT code was used to calculate the unsteady forces acting on rotor blades. The mistuned bladed disk was forced to vibrate when rotating at 15000 rpm.

PL

Odnotowano wiele uszkodzeń łopatek wirnikowych pierwszego stopnia sprężarki silnika SO-3. W Instytucie Technicznym Wojsk Lotniczych w Warszawie przeprowadzono cykl eksperymentów na łopatkach wirnikowych pierwszego stopnia sprężarki silnika SO-3. Zmierzono częstotliwości drgań własnych łopatek wirnikowych. Wykonano pomiary przemieszczeń łopatek wirnikowych metodą tip-timing dla różnych prędkości obrotowych wirnika. W trakcie badań uwzględniono także obecność obcego ciała we wlocie silnika. Przeprowadzono obliczenia numeryczne przepływu w pierwszym stopniu sprężarki i drgającej ułopatkowanej tarczy, w celu porównania z wynikami otrzymanymi z badań eksperymentalnych. Metoda elementów skończonych zastosowana została do analizy drgań wymuszonych ułopatkowanej tarczy z łopatkami różniącymi się wymiarami geometrycznymi, dla nominalnej prędkości obrotowej n=15 000 obr./min. Program FLUENT zastosowany został do obliczenia niestacjonarnych sił działających na łopatki wirnikowe.

Słowa kluczowe

EN

rotor blades; bladed disk; forced vibration

PL

łopatka wirnikowa; tarcza ułopatkowana; drgania wymuszone

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2011
• Tom: nr 1
• Strony: 157--165
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Rzadkowski R.

autor

Drewczyński M.

autor

Soliński M.

autor

Maurin A.

autor

Maciejewska A.

autor

Szczepanik R.

• Institute of Fluid-Flow Machinery, Gdańsk, Poland

Bibliografia

• 1. Wagner J.T.: Coupling of turbomachines blade vibrations through the rotor. ASME J. Eng. Power, 89:502-512, 1967.
• 2. Dye R., and Henry, T.A.: Vibration amplitudes of compressor blades resulting from scatter in blade natural frequencies. ASME J. Eng. Power, 91:182-188, 1969.
• 3. Ewins D.J.: The effects of detuning upon the forced vibrations of bladed disks. J. Sound Vib, 9:65-79, 1969.
• 4. El-Bayoumy L.E., Srinivasan A.V.: Influence of mistuning on rotor-blade vibrations. AIAA J., 13:460-464, 1975.
• 5. Rządkowski R.: Transient nozzle excitation of mistuned bladed disks, Journal of Sound and Vibration, 190(4): 629-643, 1996.
• 6. Wei S.T., Pierre C: Localization phenomena in mistuned assemblies with cyclic symmetry, part II: Forced vibrations. ASME J. Vib., Acoust., Stress, Reliab. Des, 110:439-449, 1983.
• 7. Castanier M., and Pierre, C: Modelling and analysis of mistuned bladed disk vibration: Status and emerging directions. J. of Propulsion and Power, 22(2):384-396, 2006.
• 8. Lombard J.P., Dupeux J., Dupont C, Garcin F., and Baumhauer, S.: Mistuning phenomena on bladed disk: industrial methods and applications. Proc. of ASME Turbo Expo 2006, ASME Paper GT2006-90205, Barcelona, Spain, May 8-11, 2006.
• 9. He Z., Epureanu B.I., Pierre C: Parametric study of the aeroelastic response of mistimed bladed disks. Computers and Structures 85:852-865, 2007.
• 10. Avalos J., and Mignolet M.P.: On damping entire bladed disks trough dampers on only few blades. Proc. of ASME Turbo Expo 2008, ASME Paper GT2008-51446, Berlin, Germany, June 9-13, 2008.
• 11. Ganine V., Legrand M., Michalska H., Pierre C: A sparse preconditioned iterative method for vibration analysis of geometrically mistuned bladed disks. Computers and Structures, 87:342-354, 2009.
• 12. Avalos J., Mignolet M.P., Soize C: Response of bladed disks with mistuned blade-disk interfaces. Proc. of ASME Turbo Expo 2009, GT2009-59580, Orlando, USA, June 8-12, 2009.
• 13. Kaneko Y., Mori K., Ueda O.: Analysis of random vibration for mistuned bladed disk. Proc. of ASME Turbo Expo 2009, ASME Paper GT2009-59235, Orlando, USA, June 8-12, 2009.
• 14. Petrov E., Di Mare L., Hennings H., Elliott R.: Forced response of mistuned bladed disks in gas flow: A comparative study of predictions and full-scale experimental results. Proc. of ASME Turbo Expo 2009, ASME Paper GT2009-59632, Orlando, USA, June 8-12, 2009.
• 15. Petrov E.: A method for forced response analysis of mistuned bladed disks with aerodynamic effects included. Proc. of ASME Turbo Expo 2009, ASME Paper GT2009-59634, Orlando, USA, June 8-12, 2009.
• 16. Szczepanik R.: Experimental analysis of rotor blades dynamics of aircraft engines in various operating conditions. Dsc Thesis, Prace ITWL Nr 26. Warsaw 2010.
• 17. Rzadkowski R., Soliński M., Szczepanik R.: The influence of the stator-rotor blade number ratio on the aeroelastic behaviour of rotor blades, in book ed. R. Rzadkowski. Dynamics of Steam and Gas Turbines, Proceedings of IFToMM International Symposium on Dynamics of Steam and Gas Turbines, pages 201-2121-3 Dec. 2009.