ISBN 978-3-8439-5477-8

978-3-8439-5477-8, Reihe Luftfahrt

Marcel Börner
Experimentelle Untersuchung der instationären Stoß-Grenzschicht-Interaktion an einem transsonischen Turbinengitter mit laminarer Ablöseblase

185 Seiten, Dissertation Universität der Bundeswehr München (2024), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Um den Einfluss der laminaren Grenzschicht mit Ablöseblase in transsonischen Strömungen auf das instationäre Verhalten und den damit verbundenen charakteristischen Frequenzen besser zu verstehen, wird in der vorliegenden Dissertation die instationäre Stoß-Grenzschicht-Interaktion an einem transsonischen Turbinenprofil mit einer ausgeprägten laminaren Ablöseblase in Bezug auf das Buffet-Verhalten experimentell untersucht. Die Messungen wurden dabei an einer Gitterkaskade im Hochgeschwindigkeits-Gitterwindkanal (HGK) der Universität der Bundeswehr München bei realen Maschinenbedingungen durchgeführt. Neben stationären Messungen der Profildruckverteilung wurden zeitaufgelöste Schlieren-Visualisierungen und Oberflächenheißfilm-Messungen auf der Profilsaugseite durchgeführt, welche durch stationäre Messungen mit Particle Image Velocimetry (PIV) ergänzt wurden. Dabei wurden Abström-Mach-Zahlen zwischen 0,75 und 1,10 und Reynolds-Zahlen zwischen 100000 und 300000 bezogen auf die Profilsehnenlänge untersucht.

Die zeitaufgelösten Schlieren-Aufnahmen visualisieren ein komplexes, instationäres Stoß-System auf der Saugseite. Dabei lassen sich Stoßoszillationen niedrige Frequenzen unterhalb von 1 kHz (0,04 < Sr < 0,08) in allen transsonischen Betriebspunkten zuordnen. Für einen begrenzten Mach-Zahl-Bereich zwischen 0,85 und 0,95 ist zudem eine höhere diskrete Frequenz zwischen 1400 und 1800 Hz (0,1 < Sr < 0,18) zu beobachten, die sowohl in den Stoßbewegungen als auch der abgelösten Scherschicht zu finden ist. Sie kann mit großskaligen Wirbelablösungen der abgelösten Scherschicht in Verbindung gebracht werden, die zum sogenannten Scherschichtschlagen führen und insbesondere die Bewegungen schwacher Stöße beeinflussen. Dieses instationäre Verhalten der Ablöseblase wird als wesentlicher Unterschied zwischen laminarem und turbulentem Buffet gesehen.