Kompozitní lopatka pro měření flutteru v aerodynamickém tunelu

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F46709002%3A_____%2F24%3AN0000028" target="_blank" >RIV/46709002:_____/24:N0000028 - isvavai.cz</a>

Výsledek na webu

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Kompozitní lopatka pro měření flutteru v aerodynamickém tunelu

Popis výsledku v původním jazyce

Tento výsledek se zaměřuje na náhradu ocelových lopatek v zařízení pro řízené měření flutteru lopatkami z kompozitního materiálu z uhlíkových vláken a epoxidové pryskyřice. Ocelové lopatky kvůli své vysoké hustotě a velkým setrvačným momentům neumožňují oscilace při dostatečně vysokých frekvencích, což ztěžuje simulaci reálných provozních podmínek turbo strojů. Byla provedena optimalizace geometrie kompozitní lopatky tak, aby splňovala požadavky na nízkou hustotu, vysokou tuhost a pevnost. Vnitřní struktura lopatky byla určena topologickou optimalizací a následně byly analyzovány její meze. K posouzení výkonu návrhu kompozitní lopatky byla provedena výpočtová modální analýza a kvazistatická analýza včetně analýzy porušení. Výsledky ukazují, že kompozitní lopatky umožňují dosažení vyšších frekvencí oscilací a zároveň menší deformace při provozních podmínkách ve srovnání s ocelovými lopatkami. To naznačuje možnost rozšíření frekvenčního rozsahu pro testování flutteru lopatek a zvýšení přesnosti simulace reálných provozních podmínek turbostrojů. Kompozitní lopatka byla vyrobena a testována ve VÚTS. Pro validaci numerických výsledků byly provedeny oscilační testy - lopatka byla uchycena do testovací sekce pro lopatkový flutter a podrobena nucenému kmitání až na 400 Hz při rotační amplitudě 0,5°. Při tomto zatížení vykazovala kompozitní lopatka zhruba poloviční deformace oproti stávajícím ocelovým lopatkám.

Název v anglickém jazyce

Composite blade for flutter measurement in a wind tunnel

Popis výsledku anglicky

This work focuses on replacing steel blades in a device for controlled flutter measurement with composite blades made of carbon fiber and epoxy resin. Steel blades, due to their high density and large moment of inertia, do not allow oscillations at sufficiently high frequencies, making it difficult to simulate real operational conditions of turbomachinery. The geometry of the composite blade was optimized to meet the requirements of low density, high stiffness, and strength. The internal structure of the blade was determined through topological optimization, and its limits were subsequently analyzed. To assess the performance of the composite blade design, a computational modal analysis and quasi-static analysis, including failure analysis, were performed. The results show that composite blades enable higher oscillation frequencies and lower deformation under operational conditions compared to steel blades. This suggests the possibility of extending the frequency range for flutter testing of blades and improving the accuracy of simulating real operational conditions of turbomachinery. The composite blade was manufactured and tested at VÚTS. To validate the numerical results, oscillation tests were performed - the blade was mounted in a blade flutter test section and subjected to forced oscillation up to 400 Hz at a rotational amplitude of 0.5°. Under this load, the composite blade exhibited approximately half the deformation of existing steel blades.

Druh

G_prot - Prototyp

CEP obor

—

OECD FORD obor

20505 - Composites (including laminates, reinforced plastics, cermets, combined natural and synthetic fibre fabrics; filled composites)

Projekt

—

Návaznosti

I - Institucionalni podpora na dlouhodoby koncepcni rozvoj vyzkumne organizace

Rok uplatnění

2024

Kód důvěrnosti údajů

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

Interní identifikační kód produktu

VAM 28/2024-1 PRO

Číselná identifikace

—

Technické parametry

Technické parametry výsledku ukazují výrazné zlepšení výkonu kompozitních lopatek ve srovnání s původními ocelovými lopatkami. První vlastní torzní frekvence kompozitní lopatky byla zvýšena o 60 % — z původních 357 Hz u ocelové lopatky na 569 Hz u kompozitní varianty. Tento nárůst umožňuje testování flutteru při vyšších frekvencích, které lépe odpovídají reálným provozním podmínkám turbostrojů. Kromě toho byla maximální výchylka kompozitní lopatky při provozních podmínkách snížena téměř o 70 % — z 1,41 mm u ocelové lopatky na 0,47 mm u kompozitní. Nižší deformace přispívají k rovnoměrnějšímu proudovému poli a přesnosti měření. Tyto výsledky potvrzují, že kompozitní lopatky jsou vhodným řešením pro testovací zařízení zaměřená na řízené měření flutteru. Pro validaci numerických výsledků byly provedeny oscilační testy - lopatka byla uchycena do testovací sekce pro lopatkový flutter a podrobena nucenému kmitání až na 400 Hz při rotační amplitudě 0,5°. Při tomto zatížení vykazovala kompozitní lopatka zhruba poloviční deformace oproti stávajícím ocelovým lopatkám. Autor: Václav Vomáčko (vaclav.vomacko@vuts.cz)

Ekonomické parametry

Výsledek umožňuje rozšíření rozsahu základního výzkumu lopatkového flutteru, není určen pro přímé ekonomické uplatnění.

Kategorie aplik. výsledku dle nákladů

—

IČO vlastníka výsledku

46709002

Název vlastníka

VÚTS, a.s.

Stát vlastníka

CZ - Česká republika

Druh možnosti využití

A - K využití výsledku jiným subjektem je vždy nutné nabytí licence

Požadavek na licenční poplatek

A - Poskytovatel licence na výsledek požaduje licenční poplatek

Adresa www stránky s výsledkem

—