Analisi dinamica e stabilizzazione a Flutter di uno stadio di turbina di bassa pressione = Dynamic analysis and Flutter stabilization for an LPT turbine stage

Il campo aeronautico al giorno d’oggi si trova in continua crescita grazie agli stimoli dell’industrializzazione e all’esponenziale sviluppo del mercato globale. La competizione a livello mondiale porta infatti il campo della ricerca a spingersi sempre più avanti, sfidando continuamente gli attuali limiti della tecnologia. Lo sviluppo in tal senso si scinde tra i settori civile e militare, ponendosi per ciascuno di essi obiettivi diversi a seconda del target di riferimento. In campo militare, ad esempio, è forte la necessità di avere velivoli sempre più performanti, accettando anche requisiti di affidabilità inferiori, ragion per cui si tende a sperimentare nuovi concepts e nuovi materiali, per poi trasportare nel mondo dell’aviazione civile i risultati della progettazione, riadattandoli secondo standard diversi. Si punta in tal senso a soddisfare requisiti di affidabilità estremamente stringenti, nonché ad ottimizzare il comfort dei passeggeri e a ridurre il più possibile l’impatto ambientale del velivolo. Questa tesi magistrale, sviluppata presso GE Avio S.r.l., si colloca nell’ambito della ricerca civile e fa parte di un progetto più ampio, il GREAT 2020, che prevede lo sviluppo di motori di nuova generazione che si muovano nel senso testé descritto; si pone come particolare obiettivo lo studio di specifici concepts della turbina di bassa pressione (LPT), affrontando il problema delle analisi dinamiche e a flutter sulla LPT, con un duplice scopo: capire se un determinato concept può essere montato su un dato motore; contribuire allo sviluppo di un tool denominato PRIME (Preliminary Integrated Multidisciplinary Environment) che si pone come obiettivo l’analisi preliminare completa su una paletta di turbina. A causa della necessità di migliorare le performance del componente, il campo della progettazione sta tendendo a ridurre la massa e aumentare il tiro centrifugo. Le vibrazioni rappresentano, per tale motivo, una questione di basilare importanza all’interno del componente in analisi perché provocano sulle palette il fenomeno della fatica ad alto numero di cicli (HCF), dannosa e potenzialmente distruttiva per la struttura. Si opera dunque nella direzione della stabilizzazione aeromeccanica della pala sia per prevenire il fenomeno delle vibrazioni distruttive e controllare la HCF, sia per migliorare le performance della turbina stessa. Per quanto riguarda il flutter, si raggiunge la stabilizzazione mediante "Mistuning", un modello che prevede non più pale identiche tra loro, ma settori con masse alternativamente diverse al fine di smorzare le vibrazioni distruttive per il rotore.