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1 Einführung
1.1 Motivation
Radialverdichter sind Turbokompressoren, die zur Klasse der thermischen Turbomaschinen
gehören. Der industrielle Anwendungsbereich ist vielfältig. Radialverdichter werden
z. B. als Prozessverdichter zum Verdichten und Fördern von Gasen in der Verfahrenstechnik,
in Turboladern von Kraftfahrzeugen, in stationären Gasturbinen kleinerer Bauart
und in Fluggasturbinen der unteren Schubklasse eingesetzt. Ihre weite Verbreitung
macht die Forschung und Entwicklung von Radialverdichtern in Hinsicht auf Wirkungsgradsteigerung
und Konstruktionsverbesserungen lohnenswert.
Bei Flugzeugtriebwerken steht der Radialverdichter in Konkurrenz zum Axialverdichter.
Verdichter radialer Bauart besitzen den Vorteil der höheren Leistungsdichte beim
Nachteil des geringeren Wirkungsgrades. Auf der einen Seite ist die Konstruktion von
Radialverdichtern einfacher, robuster und beinhaltet weniger Bauteile. Dadurch sinken
die Herstellungs- und Wartungskosten. Mit einer Radialstufe kann mehr Druckverhältnis
erzeugt werden als mit einer axialen Stufe. Die kompaktere Bauweise führt zu
kürzeren Triebwerkswellen mit weniger Schwingungsanfälligkeit. Dem gegenüber steht
der geringere Wirkungsgrad des Radialverdichters im Vergleich zum Axialverdichter.
Verdichter moderner axialer Bauart erreichen isentrope Wirkungsgrade von über 90 %,
Radialverdichter liegen noch 3 %-Punkte darunter. Der Grund dafür ist in den längeren
Strömungskanälen und den damit starken Sekundärströmungsphänomenen zu finden. In
Richtung kleiner Massenströme mit kleinen Durchflusskenngrößen ϕ schwindet jedoch
der Wirkungsgradvorteil von Axialverdichtern, weil die relativen Schaufelspalte und Sekundärströmungen
zunehmen. Deshalb überwiegen die Vorteile des Radialverdichters
bei Flugtriebwerken der kleineren Bauart. Bei Hubschraubertriebwerken, Flugtriebwerken
der Businessjetklasse und Hilfsgasturbinen (APU) sind oft die letzte oder auch alle
Verdichterstufen radial ausgeführt.
Radialverdichterstufen für Flugtriebwerke bestehen aus den Elementen Impeller, einem
meist beschaufelten Diffusor und einer Umlenkbeschaufelung, die die Anströmbedin-
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