Dynamic investigation of a propeller test rig after a power upgrade in the climatic wind tunnel

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschreibt Untersuchungen an einem Propellerprüfstand vor einer Leistungssteigerung. Der Prüfstand ist für die Entwicklung und Prüfung von Propellern unter Vereisungsbedingungen konzipiert und ermöglicht daher den Betrieb von Propellern mit einer großen Unwucht, welche durch Eisansatz und -abwurf an den Blättern verursacht wird.In der ersten Phase wurde die Aufhängung der Hauptwelle neugestaltet und die Aerodynamik des Prüfstandes verbessert. Um Informationen über die Auslenkung der Hauptwelle direkt nach dem Eisabwurf zu erhalten, wurde die Rotorkinetik analysiert, die durch das passive Auswuchtsystem erheblich beeinflusst wird. Zu diesem Zweck wurde ein analytisches Modell entwickelt und mithilfe einer dynamischen Simulation validiert. Die bei Tests im Windkanal und in einem Sicherheitsraum gewonnenen Messwerte werden vorgestellt und mit der Simulation verglichen.Es wurde eine Spannungsanalyse des Rahmens und des Rotors durchgeführt. Der Rahmen wurde verbessert und eine Empfehlung zur Anpassung der Befestigungspunkte im Windkanal wird gegeben. Die Hauptwelle wurde untersucht und kritische Bereiche mit Lastkonzentrationen werden diskutiert. Des Weiteren wurde eine Modalanalyse für den verstärkten Rahmen und den Rotor durchgeführt, und Messungen zur Analyse des Antriebstranges durchgeführt. Die Ergebnisse werden in einem Campbell-Diagramm dargestellt und zusammengefasst.

This thesis describes investigations on a propeller test rig prior to a power upgrade. The test rig is designed for development and testing of propellers under icing conditions. Therefore, it allows propeller operation with a large imbalance caused by ice build-up and shedding on the blades.In the first phase, the main shaft suspension was redesigned and the aerodynamics of the test rig was improved. To obtain information about the shaft orbit directly after ice shedding, the rotor kinetics were analysed which are significantly influenced by the passive balancing system. For this purpose, an analytical model was developed and validated with the help of a dynamic simulation. The measured values obtained during testing in the wind tunnel and in a safety room are presented and compared to the simulation.A stress analysis of the frame and the rotor was conducted. The frame was improved and a recommendation to adapt the points of fixation in the wind tunnel is given. The main shaft was investigated and critical areas with load concentrations are discussed. Furthermore, a modal analysis was conducted for the improved frame and the rotor, and measurements were conducted to analyse the power transmission. The results are shown and summarised in a Campbell diagram.