Unsicherheitsanalyse der gemessenen geometrischen Variationen in Turbinenblättern und deren Auswirkungen auf die aerodynamische Leistung

Unvermeidliche geometrische Variationen beeinträchtigen erheblich die Leistung von Turbinen oder sogar von ganzen Triebwerken; daher ist es notwendig, ihre tatsächlichen Eigenschaften zu bestimmen und ihre Auswirkungen auf die Leistung genau zu schätzen. In dieser Studie werden basierend auf 1781 gemessenen Profilen eines typischen Turbinenblattes die statistischen Eigenschaften der geometrischen Variationen und die Unsicherheitsauswirkungen analysiert, und einige gängige Methoden zur Modellierung von Unsicherheiten, die auf der Hauptkomponentenanalyse (PCA) basieren, werden verifiziert. Es wird festgestellt, dass die geometrischen Variationen offensichtlich, asymmetrisch und nicht homogen sind, und die Nicht-Normalität der Zufallsverteilungen ist nicht vernachlässigbar. Die Leistung wird merklich beeinträchtigt, was sich als allgemeine Verschiebung, bemerkenswerte Streuung und signifikante Verschlechterung in mehreren extremen Fällen manifestiert. Darüber hinaus wird gezeigt, dass das PCA-Rekonstruktionsmodell effektiv ist, um die wichtigsten Unsicherheitsmerkmale der geometrischen Variationen und deren Auswirkungen auf die Leistung mit fast den ersten 10 PCA-Modi zu charakterisieren. Basierend auf einem angemessenen Profilfehler und der mittleren geometrischen Abweichung werden auch das gauss'sche Modell und das stochastische Prozessmodell als effektiv bei der Vorhersage der Mittelwerte und Standardabweichungen der Leistungsvariationen befunden. Sie versagen jedoch darin, die Wahrscheinlichkeit einiger extremer Fälle mit hohen Verlusten vorherzusagen. Schließlich wird ein Chi-Quadrat-basiertes Korrekturmodell vorgeschlagen, um diesen Mangel auszugleichen. Die vorliegende Arbeit kann eine nützliche Referenz für die Unsicherheitsanalyse der Auswirkungen geometrischer Variationen und das entsprechende Unsicherheitsdesign von Turbinenblättern bieten.