ISBN 9783843937887

978-3-8439-3788-7, Reihe Thermodynamik

Thomas Petzke
Multidisziplinäre Kopplung von Sekundärluft-, Thermal- und mechanischem System zur Untersuchung von Triebwerkskomponenten bei stationären und transienten Prozessen.

209 Seiten, Dissertation Universität Stuttgart (2018), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Um ein möglichst klimaneutrales Wachstum der Luftfahrtindustrie zu ermöglichen, muss der thermische Wirkungsgrad der Flugzeugtriebwerke erhöht werden. Um dies zu erreichen, ist es notwendig die Grenzen der Belastbarkeit der Bauteile noch stärker auszuschöpfen. Der damit implizit einhergehenden Risikoerhöhung muss unter anderem durch die Steigerung der Vorhersagegenauigkeit der analytischen und numerischen Berechnungen entgegengewirkt werden. Als ein Bestandteil dieser Vorhersagegenauigkeitssteigerung untersucht diese Arbeit die Auswirkung einer multidisziplinären Kopplung. Es werden das Luft-, das Thermal-, das mechanische und implizit das advektive System miteinander verknüpft. Deren Interaktion wird sowohl für stationäre Flugzustände als auch für die besonders relevanten transienten Missionsprofile bewertet.

Das Literaturstudium beschäftigt sich vor allem mit der Systematisierung der Begriffe monolithisch, partitioniert, simultan, sequenziell, stark, schwach, voll und lose im Kontext mit dem Begriff Kopplung. Als weiterer Teil der Literaturstudie werden die Labyrinth-, die Bürsten- und die Rim-Dichtung beschrieben.

Mit Hilfe von Sensitivitätsstudien und Literaturquellen werden verschiedene Kopplungseffekte als Arbeitshypothese für den weiteren Verlauf herausgearbeitet. Diese Effekte können in eine primäre und eine sekundäre Gruppe unterteilt werden.

Auf Grundlage der Arbeitshypothese wird unter Anwendung des frei verfügbaren Lösungsprogrammes CalculiX CrunchiX eine Kopplungsstrategie erarbeitet. Diese basiert auf einem sogenannten Ein-Modell-Ansatz. Es werden weiterhin alle Besonderheiten im Zusammenhang mit der Randbedingungsaufprägung, der Initialisierung und der transienten Missionsberechnung erläutert.

Die Validierung der Methode erfolgt anhand eines realen Triebwerksmoduls einer Niederdruckturbine. Unter anderem werden damit die Effekte der Arbeitshypothese bestätigt sowie der Unterschied zwischen Messdaten, nicht gekoppelten und gekoppelten Modell dargestellt.