Coupled aeroelastic oscillations of a turbine blade row in 3D transonic flow

Abstract

This paper presents the mutual time -marching method to predict the aeroelastic stability of an oscillating blade row in 3D transonic flow. The ideal gas flow through a Made row is governed by the time dependent Euler equations in conservative form which are integrated by using the explicit monotonous second order accurate Godunov-Kolgan finite volume scheme and moving hybrid H-O grid. The structure analysis uses the medal approach and 3D finite element dynamic model of blade. The blade movement is assumed as a linear combination of the ftrst modes of blade natural oscillations with the modal coefficients depending on time. To demonstrate the capability and correctness of the method, two experimentally investigated test cases have been selected, in which the blades had performed tuned harmonic bending or torsional vibrations (The 1 st and 4" standard configurations of the "Workshop on Aeroelasticity in Turbomachines" by Bolcs and Fransson, 1986). The calculated results of aeroelastic behaviour of the blade row (4* standard configuration), are presented over a wide frequency range under different start regimes of interblade phase angle.

Numerical Analysis of the Three-Dimensional Nonstationary Flow of Ideal Gas in the Last Stage of Turbine Machine Taking into Consideration the Nonaxisymmetric Exhaust Pipe Branch

“…Течение идеального газа опи-сывается полной системой нестационарных урав-нений Эйлера, представленной в интегральной форме законов сохранения [4,5]. Учитывая непе-риодичность потока в окружном направлении, в расчетную область следует включать все лопатки статора и ротора.…”

“…Граничные условия дополняются соотно-шениями на характеристиках во входном и выход-ном сечениях расчётной области [4][5][6].…”

“…Динамическая модель колеблющейся ло-патки описывается с использованием модального подхода [4][5][6][7].…”

“…В последнее время развиты новые подходы для исследования аэроупругого поведения лопа-точных венцов в трёхмерном потоке идеального [4][5][6] или вязкого газа [7], основанные на последо-вательном интегрировании во времени уравнений движения газа и колебаний лопаток с обменом информацией на каждой итерации. Авторами разработаны численный метод и алгоритм решения связанной задачи взаимного обмена энергией между нестационарным потоком газа и колеблющимися лопатками, который позво-ляет моделировать аэроупругое поведение лопа-точных венцов, включая самовозбуждающиеся колебания лопаток [4][5][6][7].…”

“…Авторами разработаны численный метод и алгоритм решения связанной задачи взаимного обмена энергией между нестационарным потоком газа и колеблющимися лопатками, который позво-ляет моделировать аэроупругое поведение лопа-точных венцов, включая самовозбуждающиеся колебания лопаток [4][5][6][7]. Разработанный метод решения связанной аэроупругой задачи позволяет прогнозировать амплитудно-частотный спектр колебаний лопаток в трехмерном потоке идеаль-ного газа, включая вынужденные, самовозбужда-ющиеся колебания и автоколебания с целью по-вышения экономичности и надежности лопаточ-ных аппаратов турбомашин.…”