Unsteady aerodynamic forcing in high-pressure turbines

The evaluation of the aerodynamic forcing function on the blades of a generic turbomachine is a high relevant research topic. The usual ways to measure it are complex and expensive. The aim of this work is to evaluate the forces acting on the blades using a relatively simpler experimental methodology. Several operating conditions are tested in two different experimental campaigns with the application of different measurement instruments. Time-resolved pressure measurements are taken at the inlet and outlet of the rotor and a steady five holes probe (5HP) has been used only upstream of the rotor. The algorithm for the computation of the force components is presented, along with the underlying assumptions. In order to interpret the results, a preliminary description of the flow field, both upstream and downstream of the rotor, is provided. This gives an insight of the most relevant features that affect the computation of the forces. Finally, the analysis of the results is presented. These are described for the different operating conditions and compared with the results of two 3D unsteady simulations (integral of pressure over the blade surface) carried out in different ways, in order to assess the accuracy of the method.

La valutazione della funzione di forzatura aerodinamica sulle pale di una turbomacchina generica è un argomento di ricerca molto rilevante. I modi usuali per effettuare delle misurazioni sono complessi e costosi. Lo scopo di questo lavoro è di valutare le forze che agiscono sulle pale utilizzando una metodologia sperimentale relativamente più semplice. Diverse condizioni operative sono testate in due diverse campagne sperimentali con l'uso di diversi strumenti di misurazione. Le misurazioni della pressione risolte nel tempo sono prese all'ingresso e all'uscita del rotore e una sonda a cinque fori (5HP) è stata utilizzata solo a monte del rotore. Viene presentato l'algoritmo per il calcolo delle componenti della forza, insieme alle ipotesi sottostanti. Per interpretare i risultati, viene fornita una descrizione preliminare del campo di moto, sia a monte che a valle del rotore. Questo dà un'idea delle caratteristiche più rilevanti che influenzano il calcolo delle forze. Infine, viene presentata l'analisi dei risultati. Questi sono descritti per le diverse condizioni operative e confrontati con i risultati di due simulazioni 3D instazionarie (integrale della pressione sulla superficie della pala) eseguite in modi diversi, al fine di valutare l'accuratezza del metodo.