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TU Berlin

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Publikationen am Fachgebiet Luftfahrtantriebe

Strömungsinduzierter Schall in Turbomaschinen – Die Rotierende Instabilität
Zitatschlüssel 2011_beselt_dlrk
Autor Beselt, C. and Peitsch, D. and Pardowitz, B. and Enghardt, L.
Seiten 241377
Jahr 2011
Ort Bremen, Germany
Journal Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress
Monat 09
Notiz Technische Universität Berlin:
C. Beselt, D. Peitsch
Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR), Berlin:
B. Pardowitz, L. Enghardt
Herausgeber Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V.
Zusammenfassung Bei der Auslegung eines Verdichters fur Flugtriebwerke oder stationare Gasturbinen wird derzeit noch ein groser Sicherheitsabstand zur Stabilitatsgrenze (20% stall margin) gefordert, um eine eventuelle Absenkung der Abreissgrenze z.B. durch unerwartete Einlaufstorungen sowie Spaltveranderungen aufzufangen. Eine genauere Kenntnis der Spalt‐ bzw. Spaltwirbelstromung wurde ein enormes Entwicklungspotential beinhalten, weil schon wahrend der Entwurfsphase eines Verdichters der zwingend erforderliche Pumpgrenzenabstand besser uberpruft werden kann, bzw. das Stufendruckverhaltnisse erhoht und Verluste reduziert werden konnen. Am Fachgebiet Luftfahrtantriebe der TU Berlin wurde zur Untersuchung rotierender Strukturen ein Verdichterringgitterkanal entworfen und gebaut. In fruhere Forschungsarbeiten konnten daran erstmals Rotierende Instabilitaten (RI) in einem stehenden Ringgitter detektiert werden. Als Ursache dieser Rotierenden Instabilitat wird in der Literatur das ausgepragt instationare Verhalten bzw. Aufplatzen des Spaltwirbels vermutet. Im Rahmen des DFG‐Projektes .Stromungsinduzierter Schall in Turbomaschinen ‐ Die Rotierende Instabilitat g wird dieses Thema aktuell wieder aufgegriffen, da der physikalische Entstehungsmechanismus und somit die Ausbildung der RI bislang noch nicht vollstandig verstanden sind. Beteiligte Partner sind drei Fachgebiete der TU Berlin sowie das DLR mit der Berliner Abteilung Triebwerksakustik des Instituts fur Antriebstechnik. Das Projekt deckt ein weites Spektrum an Untersuchungen ab: Experimentell sind instationare Messverfahren in Hinsicht auf die Nahfeldstruktur (punktuell zeitaufgelost fur Geschwindigkeit und Druck und auch visuell flachig durch schnelle optische Verfahren) und das akustische und aerodynamische Fernfeldverhalten vorgesehen und analytisch wird mittels Modellbildung im Enstehungsgebiet und somit dem akustischen Quellbereich der RI ein vertieftes Verstandnis gesucht. Beides wird mit hochwertigen numerischen Simulationsverfahren begleitet. Die vorliegende Arbeit stellt das experimentelle Vorgehen vor. Sowohl die Anstrommachzahl wie auch der Anstromwinkel zum Verdichtergitter wurden variiert, um nachzuweisen, ob und inwiefern diese Parameter das Phanomen RI beeinflussen. Die Anstrom‐Machzahl wurde dabei in einem Bereich zwischen Ma = 0,2 ‐ 0,6 und der Anstromwinkel im Bereich von ‐8. bis 25. variiert. Die Detektierung der RI wurde mit wandbundig mon tierten instationaren Drucksensoren in der Zu‐ und Abstromung des Verdichtergitters durchgefuhrt. Mit verschiedenen Verfahren der Signalverarbeitung konnten charakteristische Eigenschaften des Phanomens, z.B. die zeitliche Entwicklung, die Ausbreitung im Kanal und die azimutale Schallfeldstruktur untersucht werden. Dabei wurde gezeigt, dass neben dem Quellmechanismus der RI die Geometrie des gesamten Prufstandes einen deutlichen Einfluss auf die Schallabstrahlung des Verdichtergitters hat. Weiterhin wurden in ausgewahlten Betriebspunkten, in denen die RI detektiert wurde, Untersuchungen der stationaren An‐ und Abstromung des Verdichtergitters mittels Funflochsonden sowie Stromungsvisualisierung (Olanstrichverfahren) durchgefuhrt. Neben den stromungsmechanischen werden auch die akustischen Eigenschaften des Ringgitterkanals, sowie die Auswirkung der RI auf die Entstehung von Breitbandlarm untersucht.
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