Pixberg, Christian Thilo (2013)
Modellbildung zur Steigerung der Vorhersagegenauigkeit von Leistungsdaten und Stabilität axialer Verdichter.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

An moderne Flugtriebwerke werden hohe Anforderungen in Bezug auf Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit gestellt. Dies gilt folglich auch für die einzelnen Komponenten wie beispielsweise den Verdichter. Die Strömung durch diesen ist komplex und kann durch eine Vielzahl von Parametern verändert werden. Zu Beginn der Auslegungsphase eines Verdichters werden daher mit Hilfe von Vorauslegeprogrammen die Basisparameter festgelegt, wie beispielsweise die Stufenanzahl. Zu diesem Zweck wird die Strömung durch den Verdichter zunächst eindimensional auf dem Mittenschnitt für eine repräsentative Geometrie berechnet. Dabei werden Strömungsphänomene modellhaft durch Korrelationen angenähert. Es ist daher für den gesamten Auslegungsprozess essentiell, dass diese über eine hohe Vorhersagegenauigkeit verfügen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, letztere zu erhöhen. Aus diesem Grund werden existierende Korrelationen der 2D-Profilumströmung (Diffusionszahl, minimaler Profilverlust und Deviation) überarbeitet und auf Parameter aktueller Verdichter angepasst. Für weitere Untersuchungen stehen eine umfangreiche experimentelle Datenbasis sowie Ergebnisse der Numerik und die eines eigenen analytischen Verdichtermodells zur Auswertung zur Verfügung. Aus diesen werden neue Erkenntnisse und Modelle für Strömungsphänomene im Schaufelspitzenbereich tip-kritischer Verdichter abgeleitet. Im Fokus steht dabei vor allem die Auswirkung von Blockage in Bezug auf den Leistungseintrag und den Arbeitsbereich. Zunächst wird detailliert auf die Verminderung der Leistung durch die Spaltströmung eingegangen, die sich mit Hilfe einer neuen Stufenkenngröße quantifizieren lässt. Daraus leitet sich ein neues Verfahren zur Berechnung von Blockage ab. Im Anschluss ist das Überrollen von Verdichtercharakteristiken Gegenstand der Untersuchung. Abschließend werden die erzielten Ergebnisse und neuen Methoden zur Modellierung von Gehäusestrukturierungen verwendet. Aus diesem einfachen Modell lässt sich die Arbeitsbereicherweiterung abschätzen, die durch den Einsatz von Gehäusestrukturierungen möglich sind.

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