Verfahren für den dreidimensionalen Entwurf von Verdichterschaufeln

Die heutige und zukünftige Entwicklung von Axialverdichtern speziell für Flugzeugtriebwerke ist davon geprägt, ein möglichst großes Druckverhältnis mit möglichst wenigen Stufen zu erzeugen, um maximale Leistung mit geringstem Gewicht zu erzielen und so die Effizienz zu verbessern. Um dies zu erreichen, muss eine Erhöhung der Stufendruckverhältnisse und der Stufenbelastung in Kauf genommen werden. Die höhere Belastung hat jedoch einen Anstieg der Verluste durch stärkere Sekundärströmungen zur Folge, und wirkt sich negativ auf die Stabilität und den Wirkungsgrad aus. Diese Effekte können nur durch eine Weiterentwicklung der Schaufelgeometrie kompensiert werden. Hierbei stoßen die heutigen Entwurfsmethoden aber an ihre Grenzen. Aus diesem Grund wurde ein neues Verfahren für den dreidimensionalen Entwurf von Axialverdichterschaufeln entwickelt. Das Verfahren umfasst die systematische Anwendung von Pfeilung und V-Stellung, sowie die dreidimensionale inverse Berechnung der Skelettlinienverteilung. Das Verfahren wird beispielhaft an einem hochbelasteten Rotor eines 1-stufigen Versuchsverdichters demonstriert und mit Messungen validiert.

Autorentext

Dr. Carsten Clemen, geboren 1975, verheiratet, 2 Kinder, von 1996-2001 Studium Luft- und Raumfahrttechnik (TU Braunschweig). Die vorliegende Arbeit ist neben der Tätigkeit als Entwicklungsingenieur Verdichteraerodynamik (Section Leader Research) bei Rolls-Royce Deutschland von 2001-2008 als Dissertation (TU Dresden) entstanden.

Klappentext

Die heutige und zukünftige Entwicklung von Axialverdichtern speziell für Flugzeugtriebwerke ist davon geprägt, ein möglichst großes Druckverhältnis mit möglichst wenigen Stufen zu erzeugen, um maximale Leistung mit geringstem Gewicht zu erzielen und so die Effizienz zu verbessern. Um dies zu erreichen, muss eine Erhöhung der Stufendruckverhältnisse und der Stufenbelastung in Kauf genommen werden. Die höhere Belastung hat jedoch einen Anstieg der Verluste durch stärkere Sekundärströmungen zur Folge, und wirkt sich negativ auf die Stabilität und den Wirkungsgrad aus. Diese Effekte können nur durch eine Weiterentwicklung der Schaufelgeometrie kompensiert werden. Hierbei stoßen die heutigen Entwurfsmethoden aber an ihre Grenzen. Aus diesem Grund wurde ein neues Verfahren für den dreidimensionalen Entwurf von Axialverdichterschaufeln entwickelt. Das Verfahren umfasst die systematische Anwendung von Pfeilung und V-Stellung, sowie die dreidimensionale inverse Berechnung der Skelettlinienverteilung. Das Verfahren wird beispielhaft an einem hochbelasteten Rotor eines 1-stufigen Versuchsverdichters demonstriert und mit Messungen validiert.