Numerische Optimierung dreidimensional parametrisierter ...

Stand des Auslegungsverfahrens noch nicht implementiert. Die Validierungsauslegung soll
aber trotz der Beschränkung auf ebene Seitenwände mit möglichst turbomaschinennahen Strömungsvorgaben
erfolgen. Das hier zu optimierende Gitter stellt ein Statorgitter dar. Mögliche
Schwingungsprobleme wurden, obwohl in dem Verfahren bereits integriert, im Rahmen dieser
Auslegung nicht untersucht. Durch die Auslegung als Windkanalgitter unterliegt das Gitter
keinen Festigkeits- und Lebensdauerrestriktionen. Dadurch bietet sich die Möglichkeit großer
geometrischer Modifikationen. Diese Vorgehensweise eröffnet dadurch die Chance, in für normale
Maschinenauslegungen übertriebener Weise die Richtung zu verringerten integralen Verlusten
und Sekundärströmungen aufzuzeigen. Die aerodynamische Optimierung soll für den
Auslegungspunkt durchgeführt werden. Die experimentelle Untersuchung soll das Verhalten
des Gitters aber auch an anderen Betriebspunkten ermitteln.
6.1 Auslegungsdaten des Turbinengitters T106D
Als Ausgangsgitter der Optimierung wurde das Turbinengitter T106 in der praxisnäheren Konfiguration
T106D46 einer starken Kanalerweiterung durch divergente Seitenwände gewählt.
Das Turbinengitter T106 stellt ein typisches ungekühltes hoch belastetes Niederdruckturbinengitter
dar. Es wurde im Rahmen der Aufgabe "Anwendung neuer Entwurfskonzepte auf Profile
für axiale Turbomaschinen" des Programms Zukunft-Technik-Luftfahrt 1978 von Fottner &
Lichtfuß als zweidimensionales Mittelschnittsprofil ausgelegt. Das Gitter war bereits Gegenstand
verschiedenster Forschungsprojekte am Institut für Strahlantriebe der Universität der
Bundeswehr München, wie z. B. durch Weiß 1993; Wilfert 1994; Schnaus 1997; Acton 1998;
Duden 1999. Die Profilgeometrie zeichnet sich durch einen Bereich ausgeprägter Strömungsverzögerung
im hinteren Teil der Saugseite (aft-loaded) aus und findet beispielsweise in der
Niederdruckturbine des Triebwerks PW2037 Anwendung (siehe Abbildung 2.8 auf Seite 17).
Das Gitter T106 stellt ein Turbinengitter aus prismatischen Schaufeln mit geraden parallelen
Seitenwänden dar. Dieses Gitter hat jedoch ein höheres Beschleunigungsverhältnis mit einem
Wert von Ma1 /Ma2 ~ 1.6 als in Niederdruckturbinen normalerweise üblich. Deswegen wurde
der axiale Ringraum im Bereich des Gitters T106D so modifiziert, daß die Seitenwände eine
Divergenz von jeweils λ =15° aufweisen. Dieses Gitter wurde 1998 schon als Ausgangskonfiguration
einer manuellen Optimierung von Duden [20] eingesetzt (Ergebnisse siehe
Abschnitt 2.3 auf Seite 16, Abb. 2.16 und Abb. 2.17). Die Aerodynamik dieses Ausgangsgitters
ist stark von Sekundärströmungen dominiert.
Das Gitter T10647 für den Hochgeschwindigkeits-Gitterwindkanal hat folgende Auslegungsdaten:
46. Die Indizierung T106D dient hierbei zur Kennzeichnung divergenter Seitenwände (Ringraumverlauf von
Nabe und Gehäuse) des Gitters.
47. Das Gitter T106 mit der Teilung t /l = 0.799 wird in der Literatur auch oft mit T106A bezeichnet.
66