ISBN 9783843937672

978-3-8439-3767-2, Reihe Luftfahrt

Stephan Stotz
Experimentelle Untersuchung druckseitiger Ablösemechanismen an Niederdruckturbinenprofilen

187 Seiten, Dissertation Universität der Bundeswehr München (2018), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

In dieser Dissertation wird der druckseitige Verlustentstehungsprozess mit dem Kernaspekt des Einflusses einer druckseitigen Strömungsablösung auf den Profilverlust experimentell untersucht. Hierzu wurden in einem Hochgeschwindigkeits-Gitterwindkanal Messungen an zwei Niederdruckturbinenkaskaden bei einer für jedes Gitter konstanten Mach-Zahl im hohen subsonischen Bereich durchgeführt. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf den Untersuchungen an der Niederdruckturbinenkaskade T106C. Bei diesem Gitter wurden vier Inzidenzwinkel eingestellt, um die Größe der druckseitigen Ablöseblase zu variieren und deren Einfluss auf den Profilverlust systematisch zu analysieren. Hierzu wurden bei Variation des Inzidenzwinkels (0° bis 22,7°), der Reynolds-Zahl (90.000 bis 500.000) und des Zuströmturbulenzgrades (3,2%/7,5%) Profildruckverteilungs- und Nachlaufmessungen mit einer Fünflochsonde durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass der Beitrag einer druckseitigen Strömungsablösung zum Gesamtverlust gering ist solange deren Ausprägung klein ist. Demgegenüber tragen druckseitige Ablöseblasen ab einer gewissen Größe signifikant zum Gesamtverlust bei. Beide Fälle können anhand der Nachlaufform (symmetrisch/asymmetrisch) unterschieden werden. Zudem hat der Freistromturbulenzgrad einen Einfluss auf die druckseitige Ablöseblase und damit auf das Verlustverhalten. Des Weiteren wird die druckseitige Profilumströmung für einen Inzidenzfall mit symmetrischem und einen mit asymmetrischem Nachlauf detailliert mittels Grenzschichtmessungen mit 1-Draht-Hitzdraht und konventionellen sowie zeitlich hochauflösenden Pitotsondenmessungen untersucht. Die Messungen zeigen, dass bei einer asymmetrischen Ausbreitung der Nachlaufdelle starke Schwankungen in Totaldruck und Geschwindigkeit in der Hinterkantenebene vorhanden sind. Ergänzend kann die Übertragbarkeit der wesentlichen Erkenntnisse aus den Untersuchungen am T106C durch Messungen an einem weiteren Niederdruckturbinengitter bestätigt werden.