In der vorliegenden Arbeit wurden die Systemaspekte stabilitätsverbessernder Maßnahmen in Gasturbinen experimentell untersucht. Dabei wurde der Schwerpunkt auf die Systemintegration und deren Bewertung gelegt. Der Versuchsträger war das Zweiwellen-Zweikreis-Turbostrahltriebwerk Larzac 04 C5. Als stabilisierende Maßnahmen kamen dabei die Einblasung von Luft aus externer Versorgung sowie auch die Umblasung von Luft, welche an den Zapfluftentnahmestellen hinter dem Hochdruckverdichter entnommen wurde, zum Einsatz. Diese Luft wurde über ein Einblasesystem, bestehend aus einem Einblasegehäuse, Einblasekanälen, verstellbaren Einblasedüsen und schnellschaltenden Ventilen, in den Schaufelspitzenbereich kurz vor dem ersten Niederdruckverdichterrotor eingespeist. Die Einblasung selbst erfolgte dabei entweder in Form einer Konstanteinblasung, einer modulierten Einblasung oder einer Einblasung mit Regeleingriff. Zur Bereitstellung der Einblaseluft aus externer Versorgung wurde eine Druckluftversorgungsanlage konzipiert und aufgebaut. Um die Leistungsfähigkeit der aktiven Stabilisierungsmaßnahmen untersuchen zu können, wurde der Niederdruckverdichter des Versuchsträgers mittels einer Zweitkreisdrossel angedrosselt und so das gesamte Verdichtungssystem in instabile Betriebszustände übergeführt. Für die Auswertung und Analyse der Versuche kamen zwei unterschiedliche Instrumentierungen und Meßwerterfassungssysteme zum Einsatz. Um die erzielten Resultate quantitativ darstellen zu können, wurden die Signale einer konventionellen, niederfrequenten Meßtechnik verwendet. Für die Analyse der Instabilitätsausbildung und deren Beseitigung wurden die Signale einer hochfrequenten Miniaturdruckaufnehmer-Meßtechnik abgegriffen. Die Versuche wurden mit einer ersten Einblasedüsengeometrie begonnen, welche unter einer Abwägung aller möglichen Einsatz-Szenarios sehr breit ausgelegt worden war und somit noch keine optimale Konfiguration darstellte. Diese erste Einblasedüsengeneration lieferte bei der Konstanteinblasung und der modulierten Einblasung bereits beachtliche Ergebnisse, zeigte jedoch beim Einsatz in der Umblasung, daß noch Verbesserungspotential besteht. Deshalb wurde für den zweiten Teil der Untersuchungen eine optimierte Einblasedüsengeometrie entworfen und eingesetzt, welche die Ergebnisse, die mit der ersten Einblasedüsengeneration erzielt wurden, deutlich übertraf und in Zusammenwirkung mit einem verbesserten Regler-Konzept noch eine weitere Steigerung im Zugewinn an Betriebsbereich erbrachte. In einer Parameterstudie zur Untersuchung der Effizienz der Einflußparameter Vordruck im Einblasesystem und Ventilöffnungsgrad stellte sich der Ventilöffnungsgrad als wirksamerer Eingriffsparameter heraus. Neben den Untersuchungen mittels Konstanteinblasung, modulierter Einblasung und Einblasung mit Regeleingriff wurde auch die Auswirkung der stabilisierenden Maßnahmen bei Eintrittsstörungen sowie eine Variation der Einblasewinkel in positiver und negativer Drehrichtung des NDV-Rotors und eine Variation der Einblaseventilöffnungen analysiert.

The performed investigations within this work corresponds to the current status of science and technology and are state of the art. For the first time, at the Institute for jet propulsion at the University of the Federal Armed Forces Germany, Munich an active stabilization of the compressor flow inside a twin-spool turbofan engine has been established. The applied measurement techniques and the experimental setup correspond to modern criteria and to the state of the art. The goals of this study, to expand the stable operating range of a gas turbine by stability improving measures and to reduce the CO2 production, have been achieved. The methods applied were air injection and air recirculation into the blade tip area of a low pressure compressor within a twin-spool turbofan engine. The stability enhancing methods were constant air injection, modulated air injection and air injection guided by a special developed control system. The analysis showed that already with the constant air injection a significant extension of the stable operating range has been obtained. This success can be further improved when a suitable control system is applied together with the air injection. The efficiency can be increased and less air is used for even better results. The investigated system of air injection can be implemented to a stationary gas turbine with relatively minor effort to achieve a considerable extension of stable operating range.