Kühlung in Rotor-Stator-Systemen

Die steigende Nachfrage nach günstiger, zuverlässiger und umweltverträglicher Mobilität führt zur stetigen Weiterentwicklung von Luftfahrtantrieben. Diese umfasst die Erforschung von innovativen Gesamtkonzepten, optimierten Komponenten und neuartigen Berechnungsmethoden. Eine besondere Stellung nimmt die Verbesserung bewährter und die Erforschung neuer Kühlmethoden für die thermisch und mechanisch hoch belasteten Komponenten von Fluggasturbinen ein. Aufgrund der im Vergleich zur Turbine moderaten Temperaturen des Verdichters sind dessen Komponenten bisher selten Gegenstand der Erforschung von Kühlkonzepten. Im Zuge der steigenden Prozesstemperaturen ist zukünftig allerdings mit einem vermehrten Kühlungsbedarf auch der Verdichterkomponenten zu rechnen. Daran schließt die vorliegende Arbeit an. Deren Inhalt ist die Untersuchung eines aktiv gekühlten Verdichteraustrittskonus einer Fluggasturbine, dem Compressor Drive Cone, welcher im Rahmen der Arbeit durch ein aktiv gekühltes konisches Rotor-Stator-System repräsentiert wird. Das Ziel der Arbeit ist die aerothermodynamische Analyse der Kühlungskonfiguration bei maschinenähnlichen Betriebszuständen und in Abhängigkeit geometrischer Variationen. Der Schwerpunkt der Untersuchungen liegt auf der experimentellen Charakterisierung des konischen Rotor-Stator-Systems, welche die Quantifizierung der übertragenen mechanischen Leistung, der Totaldruckverluste und des Wärmeübergangs beinhaltet. Die Experimente werden durch CFD-Simulationen ergänzt, wodurch die maßgeblichen physikalischen Effekte identifiziert werden können. Auf Basis der so gewonnen Ergebnisse werden schließlich Korrelationen erstellt, mit Hilfe derer die Auslegung zukünftiger Kühlkonzepte erfolgen kann.