Luftfahrtantriebe

Aktive Strömungskontrolle an einer hoch belasteten, linearen Verdichterkaskade unter kompressiblen Strömungsbedingungen

Das Ziel des Teilprojektes T7 ist die Leistungssteigerung von Verdichterstufen durch aktive Strömungskontrolle an hochbelasteten Verdichterprofilen.

Das Projekt ist so angelegt, dass es als Erweiterung der bereits laufenden Arbeiten des Transferbereiches „Smart Active Control for Turbomachinery Blades (SmACT) “ in Zusammenarbeit mit Rolls-Royce Deutschland die fluiddynamische Aktuation in triebwerksrelevanten Machzahlbereichen detailliert untersucht und dessen Übertragbarkeit auf die spätere Anwendung abschätzt.

Dazu wird im Fachgebiet Luftfahrtantriebe des Instituts für Luft- und Raumfahrt ein linearer Kaskadenprüfstand aufgebaut und im kompressiblen Machzahlbereich getestet. Die Auswirkungen der Kompressibilität auf die beeinflusste/angeregte Strömung sind bislang weitgehend unbekannt, da sich die bisherigen Projekte auf kleine Anströmmachzahlen beschränkten. Daher wird die Kaskade mit einer Anströmmachzahl von Ma = 0.75 möglichst realitätsnah untersucht.

Die Schaufeln sind mit einem kleinen Höhen-Seiten-Verhältnis (‚Aspect Ratio‘) ausgelegt, daher kommt es am Übergang von Schaufel zu Wand zu stark ausgeprägten Eckenablösungen, die zu hohen Druckverlusten und somit Einbußen im erzielbaren Druckverhältnis führen. Um diese Ablösungen zu reduzieren, wird Luft aus der Seitenwand stationär bzw. gepulst ausgeblasen. Durch experimentelle und numerische Parametervariationen wird gemeinsam mit anderen Teilprojekten schließlich eine geeignete Anregungskonfiguration ermittelt. Wichtiger Bestandteil des Projektes ist dabei auch die Auslegung und Umsetzung eines geschlossenen Regelkreises. Es wird weiterhin untersucht, ob und mit welchen Konsequenzen die Sensor-Aktuator-Systeme in einem realen Triebwerksverdichter umgesetzt werden können. Die Projektergebnisse fließen schließlich in eine Konzeptstudie ein, bei der sie unter den Gesichtspunkten einer realen Turbomaschinenumgebung ausgewertet werden. Als möglicher Einsatzort dieser zukunftsträchtigen Technologie werden die Statorschaufeln der Fanstufe (‚Outlet Guide Vanes‘, OGV) und der Eintrittsbereich in das Kerntriebwerk (‚Engine Section Stator‘,ESS) untersucht werden.

Ansprechpartnerin: Dr.-Ing. Christine Tiedemann

Transferbereich des Sonderforschungsbereiches 557 „Beeinflussung komplexer turbulenter Scherströmungen", Teilprojekt T7, 2009/2012

Fachgebietsleitung

Referenzen

2013

Hummel, K.; Tiedemann, C.; Peitsch, D.
Determination of the Pressure Distribution and Fluctuations of the Transonic Flow in a Highly Loaded Compressor Cascade
In Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Editor
September 2013
Steinberg, S.; Tiedemann, C.; King, R.; Peitsch, D.
Identification of Surrogate Control Variables for a Robust Active Flow Controller of an Experimental High Speed Stator Cascade
In ASME, Editor, Band Volume 4: Ceramics; Concentrating Solar Power Plants; Controls, Diagnostics and Instrumentation; Education; Electric Power; Fans and Blowers aus Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air
Juni 2013
ISBN
978-0-7918-5518-8

2012

Tiedemann, C.; Steinberg, S.; Peitsch, D.; King, R.
Identifikation einer Regelgröße zur aktiven Strömungskontrolle an einer linearen Verdichterkaskade im kompressiblen Machzahlbereich
In Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Editor
September 2012
Tiedemann, C.; Heinrich, A.; Peitsch, D.
A New Linear High Speed Compressor Stator Cascade for Active Flow Control Investigations
Kapitel AIAA-2012-3251
Herausgeber: American Institute of Aeronautics and Astronautics
Juni 2012
ISBN
978-1-62410-188-5