Modulübergreifende aerodynamische Verdichterauslegung

Das zukünftige Wachstum des Luftverkehrs sowie die Verschärfung der Emissionsziele zum Schutz des Klimas machen die (Weiter-) Entwicklung effizienter Antriebssysteme zu einer Herausforderung. Gegenüber dem in der Entwicklung von Fluggasturbinen bisher üblichen modularen Ansatz bietet ein integratives Design der Komponenten ein erhebliches Potential zur Leistungs- bzw. Wirkungsgradsteigerung. Dies gilt insbesondere für das hinsichtlich Wirkungsgrad und Betriebsverhalten kritische Verdichtungssystem. Die vorliegende Arbeit soll einen Beitrag zum erweiterten Verständnis des Gesamtsystems Verdichter, bestehend aus den Modulen Nieder- und Hochdruckverdichter sowie dem Verdichterübergangskanal, leisten. Der Fokus liegt dabei auf dem Übergangskanal und dessen Interaktion mit den Verdichtern. In den Voruntersuchungen wird das Modul des Übergangskanals isoliert betrachtet. Eine aggressive Kanalkonfiguration, die durch Sekundärströmungseffekte und Strömungsablösungen gekennzeichnet ist, wird durch eine Endwandkonturierung und 3Dgestaltete Stützstrebe stabilisiert. Anschließend wird der Einfluss aggressiver Kanalkonfigurationen auf den Nieder- und Hochdruckverdichter anhand eines mehrwelligen, vielstufigen Verdichtungssystems untersucht. Unter Einsatz moderner Optimierungsverfahren wird der negative Einfluss von Interaktionseffekten durch eine modulübergreifende Betrachtung des Verdichtersystems minimiert. Neben der Kanallänge und -formgebung werden ebenfalls die angrenzenden Leitgitter sowie die erste Stufe des Hochdruckverdichters an die geänderten Strömungsbedingungen angepasst. Weiterhin wird eine Variation der Austrittsleitgitter des Niederdruckverdichters über den Umfang zur Minderung der Umfangsstörungen im statischen sowie im Totaldruck untersucht. Die durchgeführten Studien zeigen ein erhebliches Potential zur axialen Bauraumreduktion des Verdichtungssystems