IMPROVE: Innovative Methoden der Profilgestaltung in Verdichtern
Das Forschungsvorhaben IMPROVE umfasst die numerische und experimentelle Erforschung eines disruptiven neuartigen Profilentwurfskonzepts für Verdichterschaufeln. Hier soll das Konzept der Grenzschichtlaminarhaltung (GLH) und der passiven Grenzschichtstabilisierung (GLS) eine Auftriebs- und Effizienzsteigerung von Profilschnitten, in dem von quasi-zweidimensionalen (Q2D) Profilgrenzschichten geprägten Zentralbereich der Schaufeln, liefern.
Die numerischen Untersuchungen beginnen mit einer detaillierten numerischen Analyse des Betriebsverhalten heutiger Profiltypen. Dabei werden Transitionseffekte mit Hilfe des -Transitionsmodells von Langtry und Menter charakterisiert. Abbildung 1 zeigt dahingehend die schematische Grenzschichtentwicklung mit Transition an einem Tandemstator.
Unter Einbeziehung des Konzeptelements der GLH wird anschließend eine performante aerodynamische Optimierung verschiedener Einzel- und Tandemprofile unter stationären und instationären Anströmbedingungen durchgeführt. Für die 2D-Optimierung wird der meta-heuristische Optimierer AutoOpti des DLR verwendet. Darauf aufbauend wird eine numerische Analyse der Wirksamkeit verschiedener Oberflächenstrukturen zur passiven GLS durchgeführt. Die numerischen Untersuchungen schließen mit der Simulation des entwickelten GLH-Tandemprofiltyps in der Umgebung einer Hochlastverdichterstufe ab.
Die experimentellen Arbeiten umfassen die Validierung der numerisch entwickelten Hochauftriebsprofile im Niedergeschwindigkeitsgitterversuch bei stationären und instationären Zuströmbedingungen. Dabei werden ein Referenz-Einzelprofilgitter, ein Hochauftriebseinzelprofilgitter mit GLS und ein Hochauftriebstandemprofilgitter mit GLS vermessen.
Projektziele
- Bereitstellung eines disruptiven neuartigen Profilentwurfskonzepts für Verdichterschaufeln durch Erweiterung des Entwurfsraums im Hinblick auf GLS.
- Gezielte Beeinflussung der Grenzschichtentwicklung und der Transitionslage an Einzel- und Tandemkonfigurationen zur effizienten Steigerung der aerodynamischen Robustheit hochbelasteter Verdichterstufen.
- Gewinn an neuen Erkenntnissen und Validierung der numerischen Transitionsmodellierung in Verdichtern mithilfe experimenteller Daten.
Projektpartner
Fördernummer: 20E2110A
