Industrie-Projekt:

Inverse Unwuchtidentifikation an Flugzeugtriebwerken

Projektpartner: Rolls Royce Deutschland GmbH

Rolls Royce plc. (Derby, Großbritannien)

Projektförderung: BMBF, Rolls Royce

Bearbeiter: PD Dr. R. Ramlau, Dr. J. Niebsch

Laufzeit: 10/2000-12/2003 bzw. 11/2003-08/2004

Ist in einem rotierendem System, etwa einem Flugzeugtriebwerk oder einer Gasturbine, die Masseverteilung nicht symmetrisch zur Rotationsachse, so kommt es zu Schwingungen, die zu höherem Verschleiß, starker Lärmbelastung und im Extremfall zur Zerstörung des Systems führen. Deshalb ist es notwendig, die Systeme auszuwuchten. Der Vorgang des Auswuchtens von Flugzeugturbinen ist sehr aufwendig, da die Turbine mehrfach auseinander- und wieder zusammengebaut werden muss, um den Auswuchtvorgang zu optimieren. Es ist deshalb von großem Interesse, mathematische Methoden zu entwickeln, die eine Lokalisierung der Unwucht ermöglichen, da dann nur Teile der Turbine demontiert werden müssen.

In dem BMBF-geförderten Verbundprojekt mit Rolls Royce Deutschland wurden Methoden entwickelt, mit denen die Unwuchtverteilungen bei Flugzeugturbinen aus Schwingungsmessungen an der Außenhülle der Turbine rekonstruiert werden können. Dazu wurde ein mathematisches Modell einer Turbine erstellt, das den Zusammenhang zwischen der Unwuchtverteilung in der Turbine und den gemessenen Schwingungen über eine nichtlineare Differentialgleichung beschreibt. Die Bestimmung der Unwuchtverteilung aus den Schwingungsdaten führt dann auf ein nichtlineares, schlechtgestelltes Problem. Auf Basis einer Analyse des nichtlinearen Operators wurde ein Software-Paket zur Rekonstruktion von Unwuchten programmiert Mit dem entwickelten, mehrstufigen Algorithmus konnten erstmals sehr gute Lokalisierungs- und Rekonstruktionsergebnisse erzielt werden.

Flugzeugtriebwerke BR 710 auf Teststand (Foto: Rolls Royce)

Die Kooperation mit Rolls Royce wurde mit Ingenieuren aus dem englische Werk in Derby fortgesetzt: Hier wurde untersucht, inwiefern sich die im BMBF-Projekt entwickelten Methoden auch zur Unwuchtrekonstruktion mit den bisher bei Rolls-Royce Derby benutzten, linearen FEM-Modellen einsetzen lassen. Darüber hinaus wurden zur Rekonstruktion auch Modelle anderer Hersteller eingesetzt und die Resultate verglichen.

NASTRAN – ein lineares FEM-Modell für Flugzeugturbinen