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Kurzfassung
Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Analyse von drei verschiedenen Diffusorkonfigurationen
in einer Radialverdichterstufe für eine Triebwerksanwendung. Der nominale
Diffusor wurde in einer ersten Weiterentwicklung radial eingekürzt. Die dritte Konfiguration
beinhaltet eine neu ausgelegte zweireihige Umlenkbeschaufelung. Für die experimentellen
Untersuchungen wurde ein hochmoderner Radialverdichterprüfstand am
Institut für Strahlantriebe und Turboarbeitsmaschinen verwendet, der in Zusammenarbeit
mit General Electric Aviation aufgebaut wurde. Im Rahmen der vorliegenden Studie
werden die Auswirkungen der Geometriekonfigurationen auf das Betriebsverhalten
und die integralen Größen der Radialverdichterstufe aufgezeigt. Die Differenzen werden
mit Hilfe von detaillierter Messtechnik wie Mehrlochsonden, instationären Druckaufnehmern
und Particle Image Velocimetry (PIV) auf Strömungsphänomene zurückgeführt.
Schließlich wird der Einfluss des geänderten Betriebsverhaltens auf das Gesamtsystem
Triebwerk untersucht und analysiert.
Es wurde gefunden, dass die Kürzung des Pipe Diffusors für die Radialverdichterstufe
eine Wirkungsgraderhöhung von 0.3 % und eine Kennfelderweiterung von 10 % bewirkt.
PIV Messungen zeigen eine Verkleinerung der Ablösung im Diffusorkanal. Allerdings
bedeutet diese geänderte Strömungsführung durch die Diffusorkürzung eine Fehlanströmung
der stromab liegenden Umlenkbeschaufelung. Die Neuauslegung letzterer führt
in der dritten untersuchten Konfiguration zu einer weiteren Wirkungsgraderhöhung der
Radialverdichterstufe von 1 %. Erstmalig wird dabei die erste Schaufelreihe in die Kanalkrümmung
hineingezogen. Weiterhin wird für die Relativposition der beiden Schaufelreihen
in der Umlenkbeschaufelung ein Optimum gefunden. Das Ergebnis wird mit
experimentellen Untersuchungen zu der aerodynamischen Interaktion der Schaufelreihen
fundiert erklärt.
Die vorliegende Studie analysiert erstmalig zwei neuartige Geometrien für eine Radialverdichterstufe
in einem Triebwerk. Die Auswirkung einer Diffusorkürzung wird detailliert
untersucht. Die Interaktion einer zweireihigen Statorreihe in der Rückkrümmung
wird fundiert analysiert. Somit steht diese Arbeit als Validierungsbasis für zukünftige
Auslegungen von Diffusionssystemen in Triebwerksradialverdichtern.