Wie tragen wir zu ausfallsicheren und langlebigen Luftfahrtantrieben bei?
Die Schaufeln von Luftfahrtantrieben und Turbomaschinen müssen Resonanzen unbeschädigt überleben. Zudem lässt sich die Effizienz nicht weiter steigern, ohne Flattern zu riskieren (eine sich selbst verstärkende Schwingung infolge der instabilen Wechselwirkung mit der Strömung). Um zu gewährleisten, dass die Schaufeln während des Betriebs nicht zerbrechen, muss die Dämpfung bekannt sein.
Die Dämpfung ist fast ausschließlich auf Reibung zurückzuführen, z.B. in der Schaufel-Scheibe-Verbindung oder im Kontakt zwischen den Deckplatten benachbarter Schaufeln. Tatsächlich werden extra Reibdämpfer eingebaut, ohne die kein Triebwerk fliegen würde.
Unsere Forschung ermöglicht die präzise Vorhersage der Reibdämpfung und der resultierenden Schwingungen. Gemeinsam mit unseren Industriepartnern, wie MTU Aero Engines, überprüfen wir unsere Simulationsmethoden in Triebwerkstest, sodass diese nun standardmäßig bei der Entwicklung neuer Triebwerke eingesetzt werden.
Woran forschen wir genau?
Auch wenn Kontaktvorgänge alltäglich erscheinen, stellen sie die vermutlich größte noch verbleibende Herausforderung in der Strukturdynamik dar. Das liegt am stark nicht-linearen und nicht-stetigen Charakter (Haften-Gleiten; Öffnen-Schließen), sowie der großen Spannweite an bedeutsamen Längenskalen. Dies erfordert Grundlagenforschung zur Entwicklung völlig neuer Methoden der numerischen Simulation und der experimentellen Dynamik.
Unsere Hauptaktivitäten lassen sich drei Bereichen zuordnen:
- Kontaktmechanik: Wir entwickeln Messtechnik für die mechanische Analyse von Kontakten mit Nanometer-Auflösung und wir entwickeln Mehrskalenansätze um Reibdämpfung vorhersagbar zu machen.
- Numerische Schwingungsanalyse: Die von uns entwickelten Methoden zur numerischen Simulation gehen robust und effizient mit der Unstetigkeit der Kontakte um und reduzieren den Rechenaufwand im Vergleich zu gebräuchlichen Finite-Elemente-Tools um mehrere Größenordnungen.
- Experimentelle Schwingungsanalyse: Wir entwickeln Methoden zur präzisen experimentellen Bestimmung von Dämpfung, Eigenfrequenzen und Schwingungsformen in Abhängigkeit des Schwingungsniveaus. Modernste Schwingungsmesstechnik und von uns entwickelte, auf Regelungstechnik basierende Methoden ermöglichen die Untersuchung komplizierter Vorgänge, die mit linearer Theorie nicht erklärbar sind.
Der Schwerpunkt unserer anwendungsorientierten Forschung liegt auf Schaufeln in Turbomaschinen. Die von uns erforschten Methoden sind jedoch für eine Vielzahl an Problemen der Luft- und Raumfahrt nützlich. So forschen wir beispielsweise auch am Flattern von Tragflächen, der Dynamik von Windenergieanlagen, sowie mittels Nieten oder Schrauben reibschlüssig befestigte dünnwandige Strukturen wie die Verkleidung von Flugzeugen.
Unser Netzwerk
Unser Netzwerk umfasst renommierte nationale und internationale akademische Partner. Wir sind Teil des Kompetenzzentrums der Universität Stuttgart mit MTU Aero Engines. Zusammen mit unseren Partnern fördern wir aktiv die wissenschaftliche Weiterentwicklung und Mobilität von herausragenden und engagierten Studierenden. Beispiele aus der Vergangenheit sind Abschlussarbeiten bei unseren Partnerinstitutionen im In- und Ausland, Teilnahme an Kursen des International Centre for Mechanical Sciences (CISM) und Teilnahme am Tribomechadynamics Research Camp.
Haben Sie Interesse Teil unseres Team zu werden?
Je nachdem, an welchem Punkt Sie sich gerade in Ihrer wissenschaftlichen Ausbildung befinden, können Sie sich als wissenschaftliche(r) Mitarbeiter(in), studentische Hilfskraft oder für eine Abschlussarbeit bei uns bewerben. Einfach per Email bei Malte Krack melden.
- Krack, M.; Gross, J.: Harmonic Balance for Nonlinear Vibration Problems , 159pp, (2019), Springer, ISBN: 978-3-030-14022-9.
- Krack, M. (2025). Systems with Contact Nonlinearities. In: Touzé, C., Frangi, A. (eds) Model Order Reduction for Design, Analysis and Control of Nonlinear Vibratory Systems. CISM International Centre for Mechanical Sciences, vol 614. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-67499-0_5
- Krack, M. (2024). Systems with Contact Nonlinearities . In: Gendelman, O.V., Vakakis, A.F. (eds) Exploiting the Use of Strong Nonlinearity in Dynamics and Acoustics. CISM International Centre for Mechanical Sciences, vol 613. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-56902-9_7
- Krack, M.; Panning-von Scheidt, L.: Nonlinear Modal Analysis and Modal Reduction of Jointed Structures . The Mechanics of Jointed Structures (2017), Springer, Matthew R.W. Brake (Ed.), ISBN: 978-3-319-56818-8
Kontakt
Malte Krack
Prof. Dr.-Ing.Leiter Bereich Strukturmechanik/-dynamik