Einfluss der Faserlagenverteilung in einem CFK-Fan auf das Eigenverhalten und die aerodynamische Stabilität

Das Institut für Aeroelastik forscht mit etwa 60 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern auf dem Gebiet der Interaktion von Luft- und Strukturkräften. Das Themenspektrum reicht von theoretischer instationärer Aerodynamik bis zu „Ground Vibration Tests“ an Großflugzeugen.

Moderne Verdichterrotoren von Triebwerken werden zum Teil schon aus CFK-Materialien hergestellt. Diese Tendenz wird sich in den kommenden Jahren aufgrund der vorteilhaften Eigenschaften von Kohlefaserverbundwerkstoffen in Bezug auf das Dichte-/Steifigkeitsverhältnis und Zielsetzungen wie dem ökologischen Fußabdruck etc. erheblich ausweiten.

Aerodynamische Stabilität bezeichnet die Anfälligkeit/Robustheit eines umströmten schwingungsfähigen Bauteils gegen eine aerodynamische Wechselwirkung mit den durch die Schwingung hervorgerufenen Druckschwankungen auf der Bauteiloberfläche. Diese Stabilität muss während des Entwurfsprozesses einer Gas- oder Dampfturbinenbeschaufelung
überprüft und nachgewiesen werden. Dieser Nachweis wird am Institut für Aeroelastik in Göttingen für verschiedene Rotorforschungsprojekte für Windkanalversuche durchgeführt.

CFK-Bauteile haben die aeroelastisch interessante Eigenschaft, dass sich die Schwingungseigenschaften durch Änderung der Faserlagen beeinflussen lassen, ohne die Form des Bauteils und damit das stationäre Strömungsfeld zu verändern. In einem DLRinternen Projekt wird z.Z. nach Möglichkeiten gesucht, die aeroelastischen Eigenschaften eines gegenläufigen CFK-Fans über Faserlagenvariation zu beeinflussen. Im Rahmen einer Diplom-/Masterarbeit sollen die Auswirkungen gezielter Veränderung der Faserlagen in den beiden Fan-Rotoren auf die statische Verformung und das Eigenschwingungsverhalten der Fan-Schaufeln untersucht werden. Im Anschluss daran soll der Einfluss dieser
Veränderungen auf die aerodynamische Stabilität untersucht und bewertet werden. Abschließend soll eine Aussage getroffen werden, welche Trends und Möglichkeiten sich durch spezielle Faserlagenanordnung in CFK-Rotorschaufeln ergeben/abzeichnen und wie dies im Designprozess einer CFK-Rotorschaufel berücksichtigt werden könnte.

Weitere Informationen

Unternehmen

Helmholtz Gemeinschaft

Bereich/Abteilung

DLR-Standort Göttingen

Abschlussart

Bachelorarbeit / Masterarbeit / Diplomarbeit

Branche

Luft und Raumfahrt

Schlagwörter

Strömungssimulation Mechanik Werkstofftechnik Aerodynamik Luftfahrt Maschinenbau Aeroelastik

Anforderungen

Aufgabengebiete:

• Einarbeitung in ein Finite-Element-Programm (Patran/Nastran)
• Abänderung eines Tools zur Bestimmung der CFK-Materialparameter in Abhängigkeit der Faserlagenverteilung. Numerische Versuche zum Eigenschwingungsverhalten einer Schaufelstruktur mit unterschiedlich modellierten Faserlagenverteilungen
• Aeroelastische Stabilitätsuntersuchungen mit einem CFD-Löser (TRACE). Auswertung und Dokumentation der Ergebnisse

Ihre Qualifikation:

• Ingenieurwissenschaftliches Hochschulstudium (Maschinenbau, Luft- und
• Raumfahrttechnik, Werkstofftechnik, …)
• Grundkenntnisse in den Bereichen Finite-Element-Berechnung,
• Strömungssimulation (CFD), Mechanik und Fluidmechanik
• Interesse am theoretischen und numerischen Arbeiten
• eigenständiges Arbeiten und Organisationsvermögen
• sehr gute Kenntnisse der deutschen Sprache

Zusatzinformationen

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Fachliche/r Ansprechpartnerin:

Michael Blocher
Institut für Aeroelastik Tel.: +49 551 709-2363