ISBN 9783868538700

978-3-86853-870-0, Reihe Ingenieurwissenschaften

Tom Ludewig
Applikation aktiver und semiaktiver Methoden der Grenzschichtbeeinflussung an modernen hochbelasteten Niederdruckturbinen-Beschaufelungen

159 Seiten, Dissertation Universität der Bundeswehr München (2011), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Mit der vorliegenden Arbeit wurde am Beispiel eines aktuellen Niederdruckturbinenprofils aus einem zivilen Serientriebwerk eine Gegenüberstellung unterschiedlicher Ansätze von aktiven und semiaktiven Methoden der Grenzschichtbeeinflussung vorgenommen. Vergleichende experimentelle Untersuchungen an zwei ebenen hochbelasteten Turbinengittern gaben Aufschluss über die relevanten Phänomene zur Entwicklung der druck- und saugseitigen Grenzschichten mit und ohne Einsatz der jeweiligen Beeinflussungsmaßnahmen. Die Durchführung der Messungen im Hochgeschwindigkeits-Gitterwindkanal samt Einsatz des Erzeugers Instationärer Zuströmung stellten für die Versuchszeiträume turbomaschinenähnliche Strömungsbedingungen sicher. Mittels diverser Messtechniken und eines bildgebenden Verfahrens konnten zeitlich sowohl gemittelte als auch aufgelöste Informationen zum Strömungszustand gewonnen werden. Im Hinblick auf die Wirkungsweise der Beeinflussungsverfahren lag das Hauptgewicht der Untersuchungen auf den ablösegefährdeten Strömungsbereichen der analysierten Profile.

Die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen in der Gitterzuströmung zeigen unter stationären Strömungsbedingungen eine sehr homogene statische Druckverteilung in der Zuströmebene unabhängig vom montierten Gitter oder dem eingesetzten Turbulenzsieb. Konstruktionsbedingt lässt sich dieser hohe Grad der Homogenität infolge der mit dem Erzeuger Instationärer Zuströmung verbundenen Massenstromdefekte beim periodischen Durchgang der Stabnachläufe nicht aufrecht erhalten. Die erforderliche Periodizität in Umfangsrichtung der untersuchten Strömung ist im relevanten mittleren Teil der Turbinengitter jedoch in allen Betriebszuständen gegeben. In diesem Bereich der Zuströmung kann auch die Verteilung des Freistromturbulenzgrades als in radialer Richtung weitgehend homogen betrachtet werden. Lediglich außerhalb der mittleren 80 % der Schaufelhöhe sind Einflüsse der Kanalseitenwandgrenzschichten zu verzeichnen. Der Grad der Homogenität ist dabei kaum vom eingesetzten Turbulenzsieb und dem Kanalbetriebspunkt abhängig.