Gewichtsersparnis und Wirkungsgradmaximierung sind die Ziele moderner Niederdruckturbinen-Auslegungen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden hoch belastete Lauf- und Leitschaufeln entwickelt, deren aerodynamisches Verhalten von verschiedenen Strömungs- und Transitionsphänomene bestimmt wird, die teilweise bis heute nicht vollständig erforscht sind. Experimentelle Untersuchungen im Hochgeschwindigkeits-Gitterwindkanal an mehreren Profilen dieser hoch belasteten Klasse werden im Rahmen der vorliegenden Arbeit durchgeführt. Es wird nachgewiesen, dass die Totaldruckverluste trotz erhöhter Profilbelastung auf dem Niveau geringer belasteter Turbinenprofile liegen und somit das Konzept der hohen Schaufelbelastung als vielversprechend angesehen werden kann. Als Folge dieser Ergebnisse wird ein weiteres Profil betrachtet, dessen Belastung gegenüber den Vergleichsbeschaufelungen um weitere ca. 25% erhöht wurde. Hier zeigen sich die Grenzen der Belastung: Bereits bei hohen Reynoldszahlen treten signifikante Ablöseblasen auf, die sich bei Reduktion der Reynoldszahl weiter ausbreiten und noch im Arbeitsbereich der Niederdruckturbine zu vollständiger Ablösung führen. Die hieraus resultierenden Totaldruckverluste erreichen für den Einsatz nicht mehr tolerierbare Höhen. Um trotzdem einen Einsatz dieser hoch belasteten Profile realisieren zu können, wird die Idee passiver Turbulatoren aufgegriffen, die durch Einbringen einer gezielten Störung auf der Saugseite des Profils Transition auslösen und somit durch höher turbulente Strömung die Ablöseneigung des Profils reduzieren sollen. Voruntersuchungen mit einem CFD-Strömungslöser tragen zu der Auslegung einer dreidimensionalen Turbulatorgeometrie bei, deren Wirkung experimentell validiert und durch Vergleich mit einer konventionellen zweidimensionalen Stolperkante bewertet wird. Die Ergebnisse zeigen, dass eine signifikante Verlustreduktion durch Einsatz der Turbulatoren auch unter realistischen Betriebsbedingungen möglich ist, zudem wird nachgewiesen, dass eine dreidimensionale Turbulatorstruktur Vorteile bei Betrachtung des gesamten maschinen-relevanten Arbeitsbereiches bietet. Die zur Wirkungsgradsteigerung moderner Flugtriebwerke notwendige, kontinuierliche Erhöhung des Nebenstromverhältnisses führte in den vergangenen Jahren zu gesteigerten Anforderungen an die Niederdruckturbine. Diese stellt heute eine sehr ausgereifte Komponente mit Wirkungsgraden bis 93% dar, trägt jedoch auch mit bis zu einem Drittel zum Gesamtgewicht des Triebwerks bei.     «

Gewichtsersparnis und Wirkungsgradmaximierung sind die Ziele moderner Niederdruckturbinen-Auslegungen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden hoch belastete Lauf- und Leitschaufeln entwickelt, deren aerodynamisches Verhalten von verschiedenen Strömungs- und Transitionsphänomene bestimmt wird, die teilweise bis heute nicht vollständig erforscht sind. Experimentelle Untersuchungen im Hochgeschwindigkeits-Gitterwindkanal an mehreren Profilen dieser hoch belasteten Klasse werden im Rahmen der vorliegen...    »