Analisi sperimentali degli effetti indotti da tip winglet con geometria ottimizzata sull’efficienza di schiere di pale di turbina

Abstract

Negli ultimi anni, la richiesta di motori aeronautici a elevate prestazioni ha favorito un’intensa attività di ricerca sperimentale, in particolare sulle turbine di bassa pressione. In questo scenario, la presente tesi si concentra sull’analisi sperimentale delle performance aerodinamiche di una schiera rotorica innovativa, con attenzione specifica al comportamento del flusso di trafilamento e alle perdite associate. La configurazione studiata integra tre strategie per ridurre gli effetti del trafilamento: ogni pala è infatti dotata di uno squealer a cavità, di una winglet e di un sistema di raffreddamento basato sull’immissione di getti d’aria dalla superficie di tip della pala. La geometria d’apice della pala oggetto del presente studio è stata progettata per ottimizzare lo scambio di calore tra il flusso e la superficie di apice della pala attraverso l’inserimento di una aletta nella cavità d’apice. Questo lavoro ha l’obiettivo di valutare le prestazioni aerodinamiche di tale design, per validare l’utilizzo in turbina della geometria proposta. Al fine di valutare il contributo di questi dispositivi alla riduzione delle perdite, sono state effettuate misurazioni approfondite in condizioni operative variabili, avvalendosi dell’impianto sperimentale del Laboratorio di Aerodinamica e Turbomacchine dell’Università degli Studi di Genova. I risultati ottenuti forniscono un’ottima comprensione del funzionamento della schiera, gettando le basi per una futura ottimizzazione.

In recent years, the need for higher-performing aero engines has led to intense experimental research, especially on low-pressure turbines. In this context, this thesis explores the aerodynamic performance of an innovative rotor blade row, with a particular focus on tip leakage flow and the related losses. The investigated configuration combines three design solutions to reduce leakage effects: each blade features a cavity squealer tip, a winglet, and a tip cooling system that injects air jets through the blade tip surface. The tip geometry was designed to improve heat transfer between the main flow and the tip surface by introducing a “buffle” inside the squealer cavity. The aim of this work is to evaluate the aerodynamic behaviour of this design and assess its potential in turbine applications. To achieve this goal, a detailed experimental campaign was carried out under different operating conditions at the Aerodynamics and Turbomachinery Laboratory of the University of Genoa. The results provide a clear understanding of the flow field within the rotor and offer a solid foundation for future design improvements.