Experimental characterization of a state of the art high pressure compressor

One of the paths to improving the efficiency of modern aero-engines is to increase the overall pressure ratio. This strategy leads to smaller engine cores and blade heights with repercussions on the stability and performance of the compressor. Within the framework of the LEMCOTEC project, a state of the art HP compressor was experimentally characterized to set a baseline for comparison with smaller blade architectures. Good agreement was achieved between numerical and experimental performance maps. The radial and circumferential distributions of the main flow quantities were measured for different operating conditions of the machine. Two dimensional contour plots behind the stator were obtained by circumferential traversing of the instrumentation. The preliminary results indicate a tip loaded stage and suggest a steady 3D flow field. Further detailed measurements are required to enhance the description of the flow. The results also show the importance of a good miniaturization of the instrumentation and the influence of the test facility. A new phase locked averaging technique was investigated with the intent of applying it to future time resolved measurements. The recognition of gradients and patterns of gradients was found to be a viable method to improving traditional phase locked averaging. A numerical code was developed with the ability to recognize the gradients of a time resolved pressure signal. Application of the novel technique to a numerically generated signal showed an improvement of the convergence of the residual by 50\% compared to the traditional method. The improvement was 9\% when applied to a real time resolved pressure signal.

Una possibile via per migliorare l’efficienza dei moderni motori aeronautici consiste nel ridurre le dimensioni e aumentare il carico dei compressori ad alta pressione. Gli effetti di scala possono avere ripercussioni significative sulle prestazioni e sulla stabilità della macchina. Nel contesto del progetto LEMCOTEC è stata eseguita la caratterizzazione di un compressore di alta pressione rappresentativo dello stato dell’arte per stabilire un riferimento con cui comparare architetture di dimensioni ridotte. I dati sperimentali si sono mostrati in accordo con quelli numerici. Le distribuzioni radiali e circonferenziali delle grandezze più importanti sono state misurate in diverse condizioni operative. Profili bidimensionali delle più importanti quantità misurate sono stati ottenuti a valle dello statore grazie alla rotazione circonferenziale della strumentazione. I risultati hanno mostrato l’importanza di una buona miniaturizzazione della strumentazione di misura e l’influenza della sezione di prova sui risultati. Alcune limitazioni della tecnica di riduzione dati phase locked average (PLA) sono state analizzate. Sulla base di ciò il riconoscimento dei gradienti è stato identificato come possibile via per il miglioramento della tecnica PLA tradizionale. Un codice numerico è stato sviluppato con la capacità di riconoscere i gradienti in un segnale di pressione risolto nel tempo. La convergenza dei residui del metodo nuovo ha mostrato un miglioramento del 50% rispetto al metodo tradizionale quando applicato ad un segnale fittizio. Il confronto su un segnale reale ha mostrato un miglioramento del 9%.