Schaufelpassagenintegrierte Sekundärluftentnahme im Axialverdichter von Flugtriebwerken

Der erste Teil der Arbeit befasst sich mit Niedergeschwindigkeitsbetrachtungen bei einer Zuströmmachzahl von Ma=0.18. Als Basis der Untersuchungen diente ein ebenes Verdichtergitter, welches repräsentativ für die Sekundärströmungsverhältnisse am Gehäuseschnitt eines Leitrads aus dem Hochdruckverdichter ist. Neben den vorrangig numerischen Untersuchungen zur Entwicklung der Geometrie wurden entsprechende Experimente im Gitterwindkanal durchgeführt. Es wird gezeigt, dass der dominierende Verlustmechanismus des Querkanalwirbels innerhalb der Passage und die damit einhergehenden Verluste auf der Schaufelsaugseite durch eine speziell entworfene Absaugegeometrie entscheidend abgeschwächt werden können. Gegenüber der Referenzentnahme kann eine weitergehende Verbesserung der passagengemittelten Verluste nachgewiesen werden. Im zweiten Teil wird die entwickelte Zapfluftgeometrie in einen 1.5-stufigen Hochdruckverdichterentwurf integriert und unter maschinenrelevanten Randbedingungen numerisch untersucht. Die Strömungsphänomene der vorangegangenen Niedergeschwindigkeitsuntersuchungen werden auch für hohe Zuströmmachzahlen und geänderte Zuströmbedingungen der betrachteten Statorreihe bestätigt. Bei der Betrachtung von Wirkungsgrad und Druckerhöhung des Primärstroms können mit der neuen Geometrie im Vergleich zur Referenz weitere Verbesserungen erzielt werden. Ein wesentlicher Vorteil zeigt sich auch beim Druckrückgewinn der Zapfluft selbst. Mittels uRANS Simulationen im Auslegungspunkt wird die Arbeitsweise des neuartigen Bleedports auch unter dem Einfluss instationärer Wechselwirkungen zwischen den Schaufelreihen nachgewiesen. Abschließend erfolgt eine Bewertung der entwickelten Technologie aus Sicht des Triebwerkswirkungsgrades.