Die steigende Nachfrage nach günstiger, zuverlässiger und umweltverträglicher Mobilität führt zur stetigen Weiterentwicklung von Luftfahrtantrieben. Diese umfasst die Erforschung von innovativen Gesamtkonzepten, optimierten Komponenten und neuartigen Berechnungsmethoden. Eine besondere Stellung nimmt die Verbesserung bewährter und die Erforschung neuer Kühlmethoden für die thermisch und mechanisch hoch belasteten Komponenten von Fluggasturbinen ein. Aufgrund der im Vergleich zur Turbine moderaten Temperaturen des Verdichters sind dessen Komponenten bisher selten Gegenstand der Erforschung von Kühlkonzepten. Im Zuge der steigenden Prozesstemperaturen ist zukünftig allerdings mit einem vermehrten Kühlungsbedarf auch der Verdichterkomponenten zu rechnen.
Daran schließt die vorliegende Arbeit an. Deren Inhalt ist die Untersuchung eines aktiv gekühlten Verdichteraustrittskonus einer Fluggasturbine, dem Compressor Drive Cone, welcher im Rahmen der Arbeit durch ein aktiv gekühltes konisches Rotor-Stator-System repräsentiert wird. Das Ziel der Arbeit ist die aerothermodynamische Analyse der Kühlungskonfiguration bei maschinenähnlichen Betriebszuständen und in Abhängigkeit geometrischer Variationen. Der Schwerpunkt der Untersuchungen liegt auf der experimentellen Charakterisierung des konischen Rotor-Stator-Systems, welche die Quantifizierung der übertragenen mechanischen Leistung, der Totaldruckverluste und des Wärmeübergangs beinhaltet. Die Experimente werden durch CFD-Simulationen ergänzt, wodurch die maßgeblichen physikalischen Effekte identifiziert werden können. Auf Basis der so gewonnen Ergebnisse werden schließlich Korrelationen erstellt, mit Hilfe derer die Auslegung zukünftiger Kühlkonzepte erfolgen kann.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Der Bedarf an effizienteren und emissionsarmen Flugzeugtriebwerken führt aufgrund der hierzu notwendigen steigenden Wellendrehzahl zu einer stetig wachsenden thermischen und mechanischen Belastung der eingesetzten Wälzlager. Die Bereitstellung einer robusten Ölversorgung zur Schmierung und vor allem Kühlung der Wälzkörper, welche in der Regel über einen Freistrahl zum Rotor beziehungsweise Lager realisiert wird, ist daher unerlässlich für den zuverlässigen und sicheren Betrieb eines solchen Flugzeugtriebwerks. Um dem wachsenden Bedarf an mehr Kühl- beziehungsweise Schmiermittel gerecht zu werden, ist eine optimierte Ölzuführung und ein somit effizienteres Ölsystem vonnöten.
Daran schließt die vorliegende Arbeit an. Mittels einer umfassenden experimentellen Untersuchung einer Ölzuführung via Freistrahl zum Triebwerkskugellager erfolgt die Identifizierung der Einflussgrößen einer solche Zuführung. Zusätzlich werden deren Auswirkung auf die Effizienz der Ölversorgung analysiert. In dieser Arbeit wird nachgewiesen, dass diese Einflussgrößen über einen Parameter zusammengefasst werden können, um die Auslegung einer Ölversorgung eines Triebwerkskugellagers zu bewerten. Unterstützt wird dieser Nachweis durch begleitend durchgeführte numerische Simulationen der vorliegenden Ölversorgung mittels der Volume of Fluid Methode (VoF), welche sich als geeignete Methode für die numerische Vorhersage der Ölversorgungseffizienz erweist.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Die vorliegende Dissertationsschrift ist das Resultat der Tätigkeit als wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Turbomaschinen und Flugantriebe an der Technischen Universität München. Die Arbeit befasst sich mit den aerostatischen Eigenschaften einer adaptiven Gleitringdichtung für den Einsatz in Gasturbinen. Ein Hauptaugenmerk liegt auf dem in der Dichtung integrierten aerostatischen Luftlager, welches im Rahmen einer experimentellen Studie untersucht wird. Im Fokus stehen der Luftverbrauch, sowie die Druckverteilung und Steifigkeit des im Luftlager aufgebauten Luftfilms. Alle drei Eigenschaften werden stets unter variierenden, repräsentativen Betriebsbedingungen untersucht und bewertet. In einem zweiten Teil der Arbeit wird zudem der Einfluss potenzieller Fertigungsfehler definiert und hinsichtlich der Auswirkung auf die zuvor untersuchten statischen Eigenschaften der selbstadaptierenden Gleitringrichtung untersucht. Alle Ergebnisse werden diskutiert und hinsichtlich ihrer Signifikanz bewertet.
Aktualisiert: 2021-11-29
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Die steigende Nachfrage nach günstiger, zuverlässiger und umweltverträglicher Mobilität führt zur stetigen Weiterentwicklung von Luftfahrtantrieben. Diese umfasst die Erforschung von innovativen Gesamtkonzepten, optimierten Komponenten und neuartigen Berechnungsmethoden. Eine besondere Stellung nimmt die Verbesserung bewährter und die Erforschung neuer Kühlmethoden für die thermisch und mechanisch hoch belasteten Komponenten von Fluggasturbinen ein. Aufgrund der im Vergleich zur Turbine moderaten Temperaturen des Verdichters sind dessen Komponenten bisher selten Gegenstand der Erforschung von Kühlkonzepten. Im Zuge der steigenden Prozesstemperaturen ist zukünftig allerdings mit einem vermehrten Kühlungsbedarf auch der Verdichterkomponenten zu rechnen.
Daran schließt die vorliegende Arbeit an. Deren Inhalt ist die Untersuchung eines aktiv gekühlten Verdichteraustrittskonus einer Fluggasturbine, dem Compressor Drive Cone, welcher im Rahmen der Arbeit durch ein aktiv gekühltes konisches Rotor-Stator-System repräsentiert wird. Das Ziel der Arbeit ist die aerothermodynamische Analyse der Kühlungskonfiguration bei maschinenähnlichen Betriebszuständen und in Abhängigkeit geometrischer Variationen. Der Schwerpunkt der Untersuchungen liegt auf der experimentellen Charakterisierung des konischen Rotor-Stator-Systems, welche die Quantifizierung der übertragenen mechanischen Leistung, der Totaldruckverluste und des Wärmeübergangs beinhaltet. Die Experimente werden durch CFD-Simulationen ergänzt, wodurch die maßgeblichen physikalischen Effekte identifiziert werden können. Auf Basis der so gewonnen Ergebnisse werden schließlich Korrelationen erstellt, mit Hilfe derer die Auslegung zukünftiger Kühlkonzepte erfolgen kann.
Aktualisiert: 2023-04-17
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Der Verdichter spielt eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung neuer Flugtriebwerke. Aufgrund hoher aerodynamischer Belastung, starken Sekundärströmungen und hoher Schwingungsanfälligkeit steigt die Schwierigkeit Verdichter zu entwickeln, welche eine hohe aerodynamische Stabilität und niedrige Schaufelschwingungen aufweisen. Insbesondere für den Bereich nahe der Stallgrenze sind die wesentlichen aerodynamischen und aeroelastischen Effekte nicht ausreichend verstanden und Gegenstand aktueller Forschung.
Aus diesem Grund wird das aerodynamische und aeroelastische Verhalten eines triebwerksnahen Transonikverdichters in der vorliegenden Arbeit numerisch untersucht. Die Simulationen ermöglichen eine detaillierte Strömungsanalyse bei Stalleintritt und beim Auftreten von asynchronen Schaufelschwingungen (NSV) an Betriebspunkten nahe der Stallgrenze.
Beim Stalleintritt treten an der Rotorspitze Fluktuationen der Scherschicht zwischen der eintretenden Hauptströmung und einem, von der Spaltströmung verursachten, Blockagebiet in der Passage auf. Durch die Scherschichtfluktuation bilden sich Wirbelstrukturen, sowie Hoch- und Tiefdruckgebiete, welche im Rotor-Relativsystem entgegen der Drehrichtung umlaufen. Die Scherschichtfluktuationen können ebenfalls bereits vor Stallbeginn, an aerodynamisch stabilen Betriebspunkten, auftreten. In diesem Fall ist eine Anregung von NSV im Rotor möglich. Anhand von Parametervariationen wird in dieser Arbeit gezeigt, welche Faktoren die Entstehung von Scherschichtfluktuationen im Rotor begünstigen und wie die Anregung von NSV durch die Scherschichtfluktuationen erfolgt. Diese Erkenntnisse können in der Auslegung moderner Verdichterstufen Anwendung finden.
Aktualisiert: 2020-01-27
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Der Bedarf an effizienteren und emissionsarmen Flugzeugtriebwerken führt aufgrund der hierzu notwendigen steigenden Wellendrehzahl zu einer stetig wachsenden thermischen und mechanischen Belastung der eingesetzten Wälzlager. Die Bereitstellung einer robusten Ölversorgung zur Schmierung und vor allem Kühlung der Wälzkörper, welche in der Regel über einen Freistrahl zum Rotor beziehungsweise Lager realisiert wird, ist daher unerlässlich für den zuverlässigen und sicheren Betrieb eines solchen Flugzeugtriebwerks. Um dem wachsenden Bedarf an mehr Kühl- beziehungsweise Schmiermittel gerecht zu werden, ist eine optimierte Ölzuführung und ein somit effizienteres Ölsystem vonnöten.
Daran schließt die vorliegende Arbeit an. Mittels einer umfassenden experimentellen Untersuchung einer Ölzuführung via Freistrahl zum Triebwerkskugellager erfolgt die Identifizierung der Einflussgrößen einer solche Zuführung. Zusätzlich werden deren Auswirkung auf die Effizienz der Ölversorgung analysiert. In dieser Arbeit wird nachgewiesen, dass diese Einflussgrößen über einen Parameter zusammengefasst werden können, um die Auslegung einer Ölversorgung eines Triebwerkskugellagers zu bewerten. Unterstützt wird dieser Nachweis durch begleitend durchgeführte numerische Simulationen der vorliegenden Ölversorgung mittels der Volume of Fluid Methode (VoF), welche sich als geeignete Methode für die numerische Vorhersage der Ölversorgungseffizienz erweist.
Aktualisiert: 2023-04-17
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Aktualisiert: 2023-04-01
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Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Einflussnahme auf das aerodynamische Verhalten eines Verdichterrotors für Luftfahrtantriebe oder Gasturbinen durch passive Strukturen in der Gehäusewand.
Vielversprechende Vertreter von Gehäusestrukturierungen wurden experimentell untersucht, um das grundlegende Verständnis der Wirkungsweise zu erweitern. Durch verschiedene instationäre Messverfahren konnten Strömungsmuster im kritischen Rotorbereich aufgelöst werden.
Es kann gezeigt werden, dass durch den Einsatz umfangsdiskreter Strukturen, die Fluid aus dem stromab liegenden Teil des Rotors entnehmen und stromauf injizieren, signifikanter Einfluss auf die Wirbelsysteme im Blattspitzenbereich genommen wird. Zudem wird ersichtlich, dass verschiedene Gestaltungsformen von Gehäusestrukturen eine vergleichbare globale Auswirkung auf die Verdichterstufe bewirken, diese jedoch auf unterschiedlichen Wirkprinzipien beruht.
Im Vergleich zur Referenzkonfiguration mit glatter Gehäusewand kann die Unterdrückung des Spaltwirbelzusammenbruchs an der Stabilitätsgrenze beobachtet werden.
Die Messungen wurden am transsonischen Verdichterprüfstand des Fachgebiets Gasturbinen, Luft-und Raumfahrtantriebe der Technischen Universität Darmstadt durchgeführt. Als Versuchsträger dient eine Verdichterstufe mit Vorleitrad, die repräsentativ für eine Frontstufe eines modernen Hochdruckverdichters ist.
Aktualisiert: 2019-12-12
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Das Buch behandelt die verfahrenstheoretischen Grundlagen zur Projektierung von Flugtriebwerkssystemen und zur Vorausberechnung ihrer Leistungscharakteristiken sowie weitergehende Betrachtungen über das Funktionsverhalten und über die Berechnung und Ausführung einzelner Triebwerkskomponenten. Die Stoffdarstellung ermöglicht dem Leser sich zunächst - ohne Beschäftigung mit Detailfragen - einen Gesamtüberblick über die Grundlagen der Flugtriebwerkstechnik zu verschaffen. Es informiert in sehr komprimierter und umfassender Form über die Prozeßberechnungen und behandelt die wichtigsten Fragen der Komponentenauslegung und -berechnung. Die 2. Auflage wurde überarbeitet und aktualisiert. Für Studenten an TU und TFH, Ingenieure im Flugzeugbau und Triebwerkstechnik und Forscher.
Aktualisiert: 2023-04-04
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