Die aero-thermodynamische Auslegung von Turbinenkomponenten in Gasturbinen und Flugtriebwerken weist in Bereichen komplexer Strömungsvorgänge bei der zwei- bzw. dreidimensionalen Simulation Lücken oder Fehler (z. B. bzgl. der Profilbelastung oder des Wärmeübergangs) auf. Diese Probleme treten für die Profilauslegung in Gebieten mit Hauptstromverzögerung auf, die für hochbelastete Hochdruckturbinen im hinteren Bereich der Saugseite und im vorderen Bereich der Druckseite zu finden sind. Zudem wird die Auslegung noch komplexer, wenn der Einfluß von Filmkühlung in diesen Bereichen und auch die Rotor-Stator-Interaktion (periodisch instationäre Zuströmung) mit berücksichtigt werden muß. Die vorliegende, vorwiegend experimentell ausgerichtete Arbeit gibt durch detaillierte Untersuchungen an hochbelasteten, großskaligen, ebenen Modellgittern aktueller Hochdruckturbinenprofile mit und ohne Filmkühlung in Gebieten mit Hauptstromverzögerung einen Einblick in die aerodynamischen Auswirkungen. Der Forderung nach turbomaschinenähnlichen Bedingungen (Reynolds- und Machzahl-Ähnlichkeit und Turbulenzgrad) wird durch den Einsatz des Hochgeschwindigkeits-Gitterwindkanals ermöglicht. Eine stromauf liegende Schaufelreihe wird durch bewegte Zylinderstäbe durch den Erzeuger Instationärer Zuströmbedingungen vor der ittereintrittsebene simuliert. Über die Sekundärluftversorgung wird die Filmkühlung mit realen Ausblaseraten auf Saug- und Druckseite bewerkstelligt. Zu den Ergebnissen zählen umfangreiche Profildruckverteilungs- und Nachlaufmessungen für drei Hochdruckturbinengitter ohne Ausblasung und vier Gitter mit Ausblasung. Ergänzt werden diese Untersuchungen durch Messungen mittels einer eindimensionalen Hitzdrahtsonde stromab der Ausblasung auf der Saugseite, Strömungsvisualisierungen und Strömungsfeldtraversierungen im Nachlauf. Ergänzt werden die Experimente durch numerische Untersuchungen, die mit unterschiedlichen Strömungslösern durchgeführt wurden. Die Experimente können einen umfangreichen Überblick über den Einfluß der Parameter Zuströmung (stationär und periodisch instationär), Profil (mit und ohne Filmkühlung, drei bzw. vier Konfigurationen) und den HGK- bzw. EIZ-Einstellgrößen (Abström-Reynoldszahl, Abström-Machzahl, Stabteilung und Stabgeschwindigkeit) auf die komplexe Strömung liefern. Die gewonnenen Meßwerte dienen als Datenbasis für den anschließenden Vergleich mit den Ergebnissen verschiedener numerischer Verfahren, um in Zukunft eine kostengünstige, schnelle und rechnergestützte Auslegung neuer Profilgeometrien zu ermöglichen. Im Rahmen der Untersuchungen wurden die Strömungslöser der beteiligten Industriepartner der beiden Projekte (Engine3E und AITEB) eingesetzt. Aufgrund der Transition im hinteren Bereich der Saugseite konnte eine Simulation dieses Bereichs nur befriedigend durchgeführt werden. Auch die Ablösung im vorderen Bereich der Druckseite konnte nicht immer korrekt wiedergegeben werden. Aus diesen Gründen sind die numerischen Abschätzungen der Filmkühleffektivitäz ohne experimentelle Überprüfung nur bedingt überzeugend.    «

Die aero-thermodynamische Auslegung von Turbinenkomponenten in Gasturbinen und Flugtriebwerken weist in Bereichen komplexer Strömungsvorgänge bei der zwei- bzw. dreidimensionalen Simulation Lücken oder Fehler (z. B. bzgl. der Profilbelastung oder des Wärmeübergangs) auf. Diese Probleme treten für die Profilauslegung in Gebieten mit Hauptstromverzögerung auf, die für hochbelastete Hochdruckturbinen im hinteren Bereich der Saugseite und im vorderen Bereich der Druckseite zu finden sind. Zudem wird...    »