Experimentelle und numerische Untersuchungen der Robustheit von 3D-Schaufelkanalgestaltungen

Betreuer: Dipl.-Ing. Stephan Behre, Dipl.-Ing. Robert Kluxen

Zielsetzung

Im Rahmen dieses AG TURBO Forschungsprojekts erforscht das Institut für Strahlantriebe und Turboarbeitsmaschinen in Zusammenarbeit mit der MTU Aero Engines aus München die Sensitivität eines 3D-gestalteten Schaufelkanals gegenüber aerodynamischen und fertigungstechnischen Abweichungen vom Auslegungsideal. Übergeordnetes Ziel dieses Vorhabens ist eine Verbesserung des Wirkungsgrades durch 3D-Designs unter realitätsnahen Bedingungen sowie der Einsatz unter variablen Anforderungen im Betrieb. Der Fokus der numerischen und experimentellen Sensitivitätsstudie liegt hierbei auf der Erforschung des Einflusses von verschiedenen Zuströmturbulenzen, Plattformstufen und einem variablen Axialabstand zwischen den Schaufelreihen. Neben einem stark vertieften Verständnis der physikalischen Zusammenhänge können wichtige Erkenntnisse zu den Abhängigkeiten von optimierten Schaufeln und Seitenwänden gegenüber den beschriebenen Störfaktoren gesammelt werden.

Vorgehensweise

Für die numerischen Vorstudien und anschließenden Nachrechnungen wird der Strömungslöser TRACE des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) genutzt. Die Voruntersuchungen dienen der Identifizierung der Effekte von aerodynamischen und fertigungstechnischen Abweichungen, um schließlich gezielt Messtechnik einzusetzen und in der Turbine zu platzieren.

Zur Verwirklichung unterschiedlicher Zuströmturbulenzen wird in Zusammenarbeit mit dem Projektpartner MTU ein neues Turbulenzgitter gefertigt. Zur detaillierten Bestimmung des Einflusses von verschiedenen Turbulenzgraden und Plattformstufen wird der Prüfstand um zusätzliche Messstellen und -technik erweitert. Die Messungen beinhalten stationäre und zeitaufgelöste Schaufeldruckverteilungen von Stator und Rotor und den Seitenwänden (stationär). Diese dienen als detaillierte Referenzwerte für die Rechnung. Infolge vorangehender Projekte verfügt der Kaltluftturbinenprüftstand über eine umfangreiche Instrumentierung. Hierzu gehören neben stationären pneumatischen Sonden (Dreiloch- und Fünflochsonde) auch instationäre Totaldruck- und Hitzdrahtsonden (3-Draht-Sonden) zum Auflösen des instationären Strömungsfeldes.

Projektpartner