Sviluppo di profili di turbina ad elevato carico per applicazioni aeronautiche

Questa attività nasce dalla collaborazione tra il  Laboratorio di Aerodinamica e Turbomacchine del DIME e AvioAero, unico produttore italiano di moduli di turbina di bassa pressione per applicazioni aeronautiche. Le esigenze attuali di progettazione, mirate alla riduzione del peso complessivo del motore  e del consumo specifico di combustibile, rendono necessario lo sviluppo  di pale di turbina ad alta ed altissima portanza.  Questo si traduce in un aumento del carico palare con conseguente aumento dei gradienti avversi di pressione imposti allo strato limite che evolve sull’estradosso del profilo.
Le indagini sperimentali condotte nelle gallerie del vento installate presso il Laboratorio di Aerodinamica e Turbomacchine hanno consentito di analizzare in dettaglio gli effetti indotti dagli elevati gradienti avversi di pressione sullo sviluppo dello strato limite palare con applicate condizioni di monte caratteristiche del funzionamento reale, dove l’interazione rotore-statore complica le dinamiche che governano l’evoluzione del flusso. La turbolenza localizzata introdotta dalla scia di monte nello strato limite della schiera di valle anticipa la transizione, rendendo lo strato limite più resistente alla separazione ed innalzando conseguentemente il carico massimo applicabile alla pala rispetto al caso indisturbato.
L’analisi dettagliata delle dinamiche che caratterizzano il processo di interazione scia-strato limite per diverse condizioni operative (numeri di Reynolds ed angoli di incidenza) consente di individuare la distribuzione del carico aerodinamico ottimale che minimizza le perdite di efficienza in condizioni reale di esercizio. In questo modo è stato possibile sviluppare criteri di progettazione per pale ad elevatissima portanza ed elevata efficienza nelle diverse condizione operative.

Pubblicazioni

- Berrino M., Simoni D., Ubaldi M., Zunino P., Bertini F: “Off-Design Performance of a Highly Loaded LP Turbine Cascade Under Steady and Unsteady Incoming Flow Conditions”, ASME Journal of Turbomachinery, Vol. 137, 2015, pp. 071009-1 - 071009-9
- Berrino M., Satta F., Simoni D., Ubaldi M., Zunino P., Bertini F: “Aerodynamic Loading Distribution Effects on the Overall Performance of Ultra-High-Lift LP Turbine Cascades”, Journal of Thermal Science, Vol.23, 2014, pp. 1-12
- Satta F., Simoni D., Ubaldi M., Zunino P., Bertini F: “Loading Distribution Effects on Separated Flow Transition of Ultra-High-Lift Turbine Blades: Steady and Unsteady Inflows”, AIAA Journal of Propulsion and Power, Vol. 30, 2014, pp. 845-856
- Satta F., Simoni D., Ubaldi M., Zunino P., Bertini F. “Experimental Investigation of Boundary layer Instability Mechanisms in Two Ultra-High-Lift Low Pressure Turbine Cascade With Different Loading Distributions”, 9th ERCOFTAC Symposium on Engineering Turbulence Modelling and Measurements, Salonicco, 2012
- Canepa E., Formosa P., Lengani D. Simoni D., Ubaldi M., Zunino, P., “Influence of Aerodynamic Loading on Rotor-Stator Aerodynamic Interaction in a Two-Stage Low Pressure Research Turbine”, ASME Journal of Turbomachinery, Vol. 129, 2007, pp. 765-772