Dynamic analysis of first stage compressor bladed disk of an aircraft engine

There have been a number of SO-3 first stage compressor blade failures. An experiment was carried out on a first stage rotor blade in the compressor of an SO-3 engine at the Air Force Institute of Technology in Warsaw. The natural frequencies of rotor blades were measured. Next, the tip-timing measurement of rotor blade was done in an engine working at various speeds. Various operation conditions were assumed, such as the presence of a foreign object in the engine inlet. Structure and flow calculations were carried out to compare the experimental results. An FEM was used to calculate the natural frequencies of a mistuned bladed disk. The FLUENT code was used to calculate the unsteady forces acting on rotor blades. The mistuned bladed disk was forced to vibrate when rotating at 15000 rpm.

Odnotowano wiele uszkodzeń łopatek wirnikowych pierwszego stopnia sprężarki silnika SO-3. W Instytucie Technicznym Wojsk Lotniczych w Warszawie przeprowadzono cykl eksperymentów na łopatkach wirnikowych pierwszego stopnia sprężarki silnika SO-3. Zmierzono częstotliwości drgań własnych łopatek wirnikowych. Wykonano pomiary przemieszczeń łopatek wirnikowych metodą tip-timing dla różnych prędkości obrotowych wirnika. W trakcie badań uwzględniono także obecność obcego ciała we wlocie silnika. Przeprowadzono obliczenia numeryczne przepływu w pierwszym stopniu sprężarki i drgającej ułopatkowanej tarczy, w celu porównania z wynikami otrzymanymi z badań eksperymentalnych. Metoda elementów skończonych zastosowana została do analizy drgań wymuszonych ułopatkowanej tarczy z łopatkami różniącymi się wymiarami geometrycznymi, dla nominalnej prędkości obrotowej n=15 000 obr./min. Program FLUENT zastosowany został do obliczenia niestacjonarnych sił działających na łopatki wirnikowe.