Luftfahrtantriebe

SFB 1029 (TurbIn), B01

Aktive Strömungskontrolle an einem Statorgitter bei periodisch-instationären Randbedingungen

Das Forschungsvorhaben stellt ein Teilprojekt innerhalb des Sonderforschungsbereichs 1029 TurbIn - Signifikante Wirkungsgradsteigerung durch gezielte, interagierende Verbrennungs- und Strömungsinstationaritäten in Gasturbinen dar.

Maßgebliches Ziel des Teilprojektes (TP) ist es, mittels aktiver Strömungskontrolle an einer Verdichterstufe die Strömung so zu modifizieren, dass sie den Anforderungen der periodisch instationären Randbedingungen aufgrund der druckerhöhenden Verbrennungskonzepte genügt. Druckerhöhende Verbrennungskonzepte bringen zusätzliche instationäre Druckschwankungen in das Strömungsfeld ein, die in ihrer Folge, insbesondere auf den Statorschaufeln einer Verdichterstufe, Ablösungserscheinungen begünstigen. Bei den in diesem TP untersuchten Verdichterprofilen handelt es sich um charakteristische industrierelevante Geometrien, wie sie beispielsweise in den mittleren Stufen eines zukünftigen Hochdruckverdichters eingesetzt werden können.

Generell wird festgestellt, dass sich im Ringgitter am Schaufel-Wand-Übergang starke dreidimensionale Sekundärströmungen ausbilden. Diese sind aufgrund der höheren Belastung nabenseitig stärker ausgeprägt als auf der Gehäuseseite. Zur Weiterentwicklung der Aktuations- und Regelungskonzepte der ersten Förderperiode wird dieses asymmetrische Strömungsfeld in der Niedergeschwindigkeits-Linearkaskade mit Hilfe einer konturierten Wand nachgebildet.

Am Niedergeschwindigkeits-Ringgitter wird zur Entlastung des Nabenbereiches eine 3D-optimierte Statorbeschaufelung entwickelt, die einen besseren Angriffspunkt für die aktive Strömungskontrolle bietet. Neben der periodischen Androsselung aufgrund der druckerhöhenden Verbrennungskonzepte wird der Einfluss der Rotor-Stator-Interaktion auf die aktive Strömungskontrolle untersucht. Darüber hinaus wird die im TP B06 entwickelte Hinterkantenausblasung auf das Niedergeschwindigkeits-Ringgitter übertragen und in Kombination mit der Seitenwandausblasung erprobt. Des Weiteren werden experimentelle und numerische Untersuchungen unterschiedlicher Konzepte einer Piezo-adaptiven Schaufel an der modifizierten Niedergeschwindigkeits-Linearkaskade validiert und verifiziert. Die Erkenntnisse aus der Niedergeschwindigkeits-Linearkaskade dienen zur Konzepterstellung und Konstruktion einer Messstrecke für das Niedergeschwindigkeits-Ringgitter. Diese Messstrecke soll Untersuchungen mit einer geeigneten piezoadaptiven Schaufel in einer instationären Ringraumströmung ermöglichen.

Ansprechpartner

Referenzen

2022

Fietzke, B.; Mihalyovics, J.; King, R.; Peitsch, D.
A Comparison of Optimal, Binary Closed-Loop Active Flow Control Applied to an Annular Compressor Stator Cascade with Periodic Disturbances
In King, Rudibert and Peitsch, Dieter, Editor, Active Flow and Combustion Control 2021Band152ausNotes on Numerical Fluid Mechanics and Multidisciplinary Design, Seite 321–335
In King, Rudibert and Peitsch, Dieter, Editor
Herausgeber: Springer International Publishing, Cham
2022
ISBN
978-3-030-90727-3

2021

Fietzke, B.; Mihalyovics, J.; King, R.; Peitsch, D.
Binary Repetitive Model Predictive Active Flow Control Applied to an Annular Compressor Stator Cascade With Periodic Disturbances
Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 144 (1) :GTP-21-1308
Dezember 2021
Herausgeber: ASME
ISSN: 0742-4795

2019

Mihalyovics, J.; Gambel, J.; Peitsch, D.
3D Profile Design and Optimization of a Rotor for a Low Speed Axial Compressor Wind Tunnel
In Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Editor
Oktober 2019
Ebert, C.; Mihalyovics, J.; Staats, M.; Peitsch, D.; Weiss, J.
Numerical and Experimental Investigations for Super Sonic Active Flow Control in the Transonic Mach Regime
In Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Editor
Oktober 2019
Staats, M.; Mihalyovics, J.; Peitsch, D.
A Qualitative Comparison of Unsteady Operated Compressor Stator Cascades with Active Flow Control
In King, Rudibert, Editor, Active Flow and Combustion Control 2018Band141ausNotes on Numerical Fluid Mechanics and Multidisciplinary Design, Seite 91–104
In King, Rudibert, Editor
Herausgeber: Springer International Publishing, Cham
2019
ISBN
978-3-319-98177-2

2018

Mihalyovics, J.; Brück, C.; Meyer, M.; Vasilopoulos, I.; Peitsch, D.
Numerical and Experimental Investigations on Optimized 3D Compressor Airfoils
In ASME, Editor, Band Volume 2A: Turbomachinery aus Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air
Juni 2018
ISBN
978-0-7918-5099-2
Brück, C.; Mihalyovics, J.; Peitsch, D.
Experimental Investigations on Highly Loaded Compressor Airfoils with Different Active Flow Control Parameters Under Unsteady Flow Conditions
In GPPS, Editor
Mai 2018

2016

Brück, C.; Tiedemann, C.; Peitsch, D.
Experimental Investigations on Highly Loaded Compressor Airfoils With Active Flow Control Under Non-Steady Flow Conditions in a 3D-Annular Low-Speed Cascade
In ASME, Editor, Band Volume 2A: Turbomachinery aus Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air
Juni 2016
ISBN
978-0-7918-4969-9