Modellbasierte Vibrationsanalyse

Flugtriebwerke sind äußerst komplexe Antriebsaggregate, deren Betrieb einer Vielzahl von Vorschriften unterliegt. Eine dieser Anforderungen ist ein möglichst vibrationsarmer Betrieb, welcher mit der Einhaltung bestimmter Grenzwerte erreicht wird. Kommt es im Betrieb oder während Testläufen bei einer Triebwerkswartung zu großen Schwingungsamplituden, ist die Fehlersuche meist ein schwieriger und langwieriger Prozess, welcher ausschließlich von erfahrenen Ingenieuren durchgeführt werden kann. Die Gründe hierfür liegen in der hohen Anzahl möglicher Anregungsmechanismen sowie in der begrenzten Menge an Messdaten, die für die Identifikation der Ursache zur Verfügung stehen. Diese soll daher von einer systematischen Datenauswertung, welche eine automatisierte Fehlererkennung beinhaltet, unterstützt werden. Zur Entwicklung dieses Analysewerkzeugs wird am Institut für Dynamik und Schwingungen eine Rotordynamik-Simulationsumgebung aufgebaut, die es ermöglicht, die strukturdynamischen Eigenschaften eines Triebwerks basierend auf Rotor- und Gehäusemodellen zu analysieren.

In Abbildung 1 ist beispielhaft ein Rotor dargestellt, der als Grundlage für die Modellierung von Vibrationsproblemen genutzt werden kann. Der Fokus bei der Modellierung der Anregungsmechanismen liegt bei diesem Projekt auf der für rotierenden Systeme typischen Unwuchtanregung und im weiteren Verlauf auch auf dem Anstreifen des Rotors an dem Gehäuse.

In Abbildung 2 ist die Unwuchtantwort des abgebildeten Rotors dargestellt. Besonders kritisch sind die Resonanzdurchfahrten, bei denen die Rotordrehzahl mit einer der Eigenfrequenzen des Rotors übereinstimmt und so sehr hohe Schwingungsamplituden auftreten. Diese simulierten Schwingungsdaten werden genutzt, um die oben genannten Diagnosetools zu entwickeln. Abschließend wird die Identifikation auf reale Triebwerksdaten angewendet.