Aktive Spalthaltung in Hochdruckverdichtern
Das Streben nach höheren Wirkungsgraden in modernen zivilen Flugtriebwerken führt u.a. dazu, dass Druckverhältnisse immer weiter höher werden. Erhöhte Flüssigkeitsdichtungen erfordern schmalere Kanäle und daher kürzere Schaufeln. Die relativen Spalte zwischen Schaufeln und Gehäuse (als Schaufellänge durch absolute Spalte definiert) spielen folglich eine signifikantere Rolle auf der gesamten Leistung des Triebwerks. Solche Spalte sind unbedingt notwendig um Berührungen zwischen rotierende (Rotoren) und statische (Statoren, Gehäuse) Teilen zu vermeiden. Ziel ist es jedoch die Spalte möglichst klein zu halten, um akzeptablere Wirkungsgrade und Betriebsstabilität zu gewährleisten. Der traditionelle Ansatz ist hierbei, die kalten Spalte so auszulegen, dass einen sicheren Abstand auch unter den extremsten Betriebsbedingungen (Abflug, reslam) gehalten wird. Das bedeutet die Spalten sind in der Regel suboptimal unter stationären Betrieb (cruise) gestalten.
Das Ziel des Projekts ist die Anwendbarkeit verschiedener Konzepte der aktiven Spalthaltung zu untersuchen. Hierbei soll insbesondere der Fokus auf die Beeinflussung von Gehäuse- und Rotorausdehnungen gelegt werden. Der Kern des Projektes besteht aus dem Aufbau numerischer Modelle, die das Verhalten der Spalten in einem Hochdruckverdichter abbilden. Mit diesem Setup können die Spalthaltungskonzepte untersucht werden. Nach einer ausführlichen Bewertung des Potenzials der Konzepte erfolgt die Vereinfachung der Modellen bzw. Metamodellierung mit dem Ziel, Optimierungen durchzuführen sowie mit existierenden Vorauslegungstools zu koppeln.
Projektziele:
- Aufbau eines robusten numerischen Modells mit der Fähigkeit transiente Verdichter-Spaltungen zu simulieren
- Bewertung von verschiedenen Spalthaltung-Konzepten, wie Gehäusekühlungs- und -heizungstechniken
- Modellvereinfachung bzw. Metamodellierung zur schnellen Optimierung und Verkopplung mit Vorauslegungstools
Projektpartner
MTU Aero Engines AG
