FFG - TURANDOT - Turbulenz- und Optische Messmethoden zur Kanalwandoptimierung in Turbofantriebwerken

Projekt: Foschungsprojekt

Beschreibung

Der Druck, die Effizienz von Flugzeugen zu steigern, zwingt Flugtriebwerkshersteller ihre
Antriebe ständig weiter zu verbessern. Eine wichtige Schlüsselkomponente zukünftiger
Triebwerke ist der Turbinenübergangskanal zwischen Hoch- und Niederdruckturbine.
Neuartige Entwicklungen zielen auf eine integrale Lösung für diesen Übergangskanal ab,
das sogenannten „Beschaufelte Turbinenzwischengehäuse“ (BZG), bei dem die Funktion der
folgenden Turbinenleitschaufelreihe in die Turbinenzwischenzwischenstruktur integriert wird,
um Länge des Triebwerks, Komponentenanzahl und damit Gewicht einzusparen.
Die strömungstechnischen Herausforderungen beim Entwurf eines effizienten und robusten
BZG sind einerseits die Verstärkung der Stromabeffekte der Hochdruckturbine (Nachläufe,
Strömungswinkelvariationen, Sekundärströmungen und Spaltströmungen) durch die
Umlenkung und andererseits die Empfindlichkeit der darin befindlichen Schaufeln gegenüber
Strömungsablösung, wenn hohe Winkeländerungen im Kanal gefordert werden. Dies alles
führt zu einer schlechteren Strömungsqualität im BZG verbunden mit einem inhomogeneren
Strömungsfeld dahinter und somit zu einer Gefährdung des Wirkungsgrades des folgenden
Niederdruckturbinenmoduls.
Das Projekt TURANDOT versucht, folgende technische Ziele zu erreichen:
1. Gewinn an Einsicht in die Strömungsphysik der Turbinenzwischenkanäle, speziell in
die komplexe dreidimensionale Strömung zwischen zwei umlenkenden Stützschaufeln,
um neue Entwurfsmethoden für Wirkungsgradverbesserungen aufzuzeigen,
2. Charakterisierung der Turbulenzentwicklung durch den Kanal, Untersuchung deren
Einflüsse auf die Druckverlustgenerierung und Verwendung der Versuchsergebnisse
als Datenbank zur Validierung und Verbesserung von CFD-Werkzeugen der
Turbulenzmodellierung, sowie
3. Quantifizierung des Potenzials von widerstandsreduzierenden Modifikationen der
Oberflächen, um die Aerodynamik von hochentwickelten Übergangskanälen zu
verbessern.
Um diese Projektziele zu erreichen, ist eine umfassende Testkampagne in einer
Hochgeschwindigkeits-Versuchsturbine unter triebwerksrelevanten Bedingungen geplant.
Optischer Zugang in der Testkonfiguration erlaubt neue Einsicht in die Strömungsdetails
durch berührungslose Lasermesstechnik. Zusätzlich sind detaillierte Turbulenzmessungen
geplant, um deren Entwicklung von der Abströmung der Hochdruckturbine, durch das BZG
und durch den ersten Niederdruckturbinenrotor zu quantifizieren. Letztendlich wird das Setup
mit Oberflächenmodifikationen getestet und mit dem ursprünglichen verglichen.
Alle Aktivitäten dieses Projekts werden durch CFD-Simulationen unterstützt, deren
Ergebnisse sollen die Erkenntnisse vorangegangener Projekte erweitern.
StatusLaufend
Tatsächlicher Beginn/ -es Ende2/01/1731/12/20