Berücksichtigung ausgewählter Schädigungsmechanismen bei der Vorauslegung von Turboluftstrahltriebwerken

Die Schädigung von Flugtriebwerken spielt schon in der ersten Phase der Entwicklung eine bedeutende Rolle, um die Auslegung hinsichtlich des Lebenszyklus optimal zu gestalten. Die vorliegende Arbeit ist in der Vorauslegungsphase angesiedelt. Entsprechend wenige Informationen über das auszulegende Triebwerk sind zu diesem Zeitpunkt bekannt. Aus diesem Grund wird auf vereinfachte Modellierungen mit Hilfe physikalischer Modelle und Erfahrungswerte zurückgegriffen.

Der erste Schwerpunkt der Arbeit gilt Erosion. Die größte Relevanz hat Erosion im Verdichter des Triebwerks, da dort Sand- und Staubpartikel stark beschleunigt auf die Beschaufelung auftreffen. Dadurch kommt es zu einer Verkürzung der Sehnen-länge und einer Formveränderung der Vorderkante, welche Einfluss auf die Aerodynamik haben. In dieser Arbeit wird eine Methodik erstellt, mit der die Schädigung in Abhängigkeit der jeweiligen Auslegungsparameter berechnet werden kann. Somit kann eine Aussage über den Abtrag der Sehnenlänge und die Lebensdauer der Bauteile getroffen und ein Vergleich zwischen verschiedenen Konstruktionsalternativen durchgeführt werden.

Ein weiterer auslegungsrelevanter Schädigungsmechanismus ist Kriechen, das bei höheren Temperaturen unter einer Spannung auftritt. Die Kriechlebensdauer ist besonders bei gekühlten Turbinenschaufeln mit vereinfachten Verfahren schwer zu berechnen, da aufgrund des Temperaturgradienten zwischen der Schaufelaußenseite und der Kühlkanäle mehrachsige Spannungszustände auftreten. Aus diesem Grund wurde eine Methodik entworfen, welche numerische Verfahren mit vereinfachenden Methoden für die Vorauslegung kombiniert.

Mit den entwickelten Methoden findet eine Gesamtsystembetrachtung statt, bei der der Einfluss der Vorauslegung auf die Lebensdauer der Beschaufelung gezeigt wird. Die Ergebnisse verdeutlichen die Relevanz neuer Modelle zur Lebensdaueroptimierung in der Vorauslegungsphase von Triebwerken.