ISBN 978-3-8439-0850-4

978-3-8439-0850-4, Reihe Strömungsmechanik

Robert Alexander Kunte
Experimentelle und numerische Untersuchung eines Radialverdichters mit Pipe Diffusor und Umlenkbeschaufelung für eine Triebwerksanwendung

218 Seiten, Dissertation Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (2012), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Analyse von drei verschiedenen Diffusorkonfigurationen in einer Radialverdichterstufe für eine Triebwerksanwendung. Der nominale Diffusor wurde in einer ersten Weiterentwicklung radial eingekürzt. Die dritte Konfiguration beinhaltet eine neu ausgelegte zweireihige Umlenkbeschaufelung. Für die experimentellen Untersuchungen wurde ein hochmoderner Radialverdichterprüfstand am Institut für Strahlantriebe und Turboarbeitsmaschinen verwendet, der in Zusammenarbeit mit General Electric Aviation aufgebaut wurde. Im Rahmen der vorliegenden Studie werden die Auswirkungen der Geometriekonfigurationen auf das Betriebsverhalten und die integralen Größen der Radialverdichterstufe aufgezeigt. Die Differenzen werden mit Hilfe von detaillierter Messtechnik wie Mehrlochsonden, instationären Druckaufnehmern und Particle Image Velocimetry (PIV) auf Strömungsphänomene zurückgeführt. Schließlich wird der Einfluss des geänderten Betriebsverhaltens auf das Gesamtsystem Triebwerk untersucht und analysiert.

Es wurde gefunden, dass die Kürzung des Pipe Diffusors für die Radialverdichterstufe eine Wirkungsgraderhöhung von 0.3% und eine Kennfelderweiterung von 10% bewirkt. PIV Messungen zeigen eine Verkleinerung der Ablösung im Diffusorkanal. Allerdings bedeutet diese geänderte Strömungsführung durch die Diffusorkürzung eine Fehlanströmung der stromab liegenden Umlenkbeschaufelung. Die Neuauslegung letzterer führt in der dritten untersuchten Konfiguration zu einer weiteren Wirkungsgraderhöhung der Radialverdichterstufe von 1%. Erstmalig wird dabei die erste Schaufelreihe in die Kanalkrümmung hineingezogen. Weiterhin wird für die Relativposition der beiden Schaufelreihen in der Umlenkbeschaufelung ein Optimum gefunden. Das Ergebnis wird mit experimentellen Untersuchungen zu der aerodynamischen Interaktion der Schaufelreihen fundiert erklärt.

Die vorliegende Studie analysiert erstmalig zwei neuartige Geometrien für eine Radialverdichterstufe in einem Triebwerk. Die Auswirkung einer Diffusorkürzung wird detailliert untersucht. Die Interaktion einer zweireihigen Statorreihe in der Rückkrümmung wird fundiert analysiert. Somit steht diese Arbeit als Validierungsbasis für zukünftige Auslegungen von Diffusionssystemen in Triebwerksradialverdichtern.