Exzellenzcluster SE²A: C3.1 - Functional 3D design and experimental validation of shape adaptive fan blading

In der ersten Phase von SE2A untersuchte das Projekt C3.1 das Potenzial von morphenden Hochdruckkompressorschaufel-Designs auf Basis von Titanlegierungen und Flächenaktuatoren aus aktiven Materialien. Um die Morphing-Fähigkeiten von Triebwerksschaufeln weiter auszubauen und zu verbessern, konzentriert sich das Folgeprojekt auf modernste UHBR-Fan-Schaufeln. Durch die Anwendung von 3D-Konstruktionsmaßnahmen zur Anpassung von Pfeilung, Verwindung und Verwölbung sowie alternativen Materialien und fortschrittlichen Aktuator-Konzepten zielt diese Forschung darauf ab, die Nachhaltigkeit zukünftiger Flugzeugtriebwerkskonzepte unabhängig von der jeweiligen Antriebsarchitektur zu steigern. Bei der Konstruktion von UHBR-Fan-Schaufeln liegt der Schwerpunkt insbesondere auf eine Verbundwerkstoff-Fan-Schaufel, um die erreichbaren Morphing-Verformungen und -Formen zu steigern. Durch strukturelle Morphing-Simulationen und aerodynamische Leistungsbewertungen wird ein geeigneter Fan-Schaufel-Prototyp identifiziert und hergestellt. Der Verbundwerkstoff- Fan-Schaufel-Prototyp und sein Morphing-Verhalten werden dann unter realistischen, aber statischen Belastungsbedingungen experimentell bewertet, um eine zukünftige Anwendung in einer rotierenden Umgebung vorzubereiten.

In the first phase of SE2A, Project C3.1 explored the potential of morphing high pressure compressor blade designs based on titanium alloys and composite actuators made of active materials. To further expand and enhance the morphing capabilities of engine blades, the subsequent project focuses on state-of-the-art UHBR fan blading. By applying 3D-design measures, such as sweep and dihedral as well as alternative materials and advanced actuation concepts, this research aims to boost sustainability of future aircraft engine concepts, independent of the respective propulsion architecture. In the design of UHBR fan blading, the focus especially lies on a composite blade body to increasingly tailor the achievable morphing magnitudes and shapes. Through structural morphing simulations and aerodynamic performance evaluations a suitable blade prototype is identified and manufactured. The composite blade prototype and its morphing behavior is then experimentally evaluated under realistic but static load conditions as a preparation for a future application in a rotating environment.