Triebwerksbrennkammern im Zentrum für Verbrennungsforschung des DLR in Köln

Kurzfassung

Die Wachstumsrate des Luftverkehrs führt zu einem steigenden Bedarf an Flugtriebwerken. Diese müssen wirtschaftlich und umweltfreundlich sein. Die Triebwerksbrennkammer soll zu diesen Zielen durch verminderte Schadstoffemissionen beitrgen, ohne Abstriche bei Betriebssicherheit und -kosten zu machen. Dies muss auch in zukünftigen Triebwerken mit gesteigerten Druckverhältnissen und Turbineneintrittstemperaturen realisiert werden. Das Zentrum für Verbrennungsforschung des Instituts für Antriebstechnik unterstützt die Bemühungen der Industrie zur Berücksichtigung der Umweltaspekte auf verschiedenen Ebenen der Entwicklung. Dabei werden durch die Bereitstellung von Großprüfständen, die von Triebwerksherstellern und produzenten stationärer Gasturbinen genutzt werden und durch die Zusammenarbeit in Verbundforschungsvorhaben wie der AG-Turbo erhebliche Synergieeffekte zwischen Luftfahrt und Energietechnik erzielt. Durch die Anschlusswerte mit Drücken bis 41 bar, Temperaturen bis 1200 K und Luftmengenströme bis 30 Kg/s können für Sektorbrennkammern die Startbedingungen dargestellt werden, bei denen die maximale Brennkammerbelastung auftritt. Auf der Stufe der Vorentwicklung wurde in Kooperationen mit der nationalen Triebwerksindustrie mit der "Gläsernen Brennkammer" ein Demonstrationsprüfstand aufgebaut, der die Untersuchung des Strömungs- und Reaktionsfeldes bei realistischen Bedingungen bis 20 bar gestattete. Dabei konnten einige bislang vorwiegend im Labormaßstab angewandte optische Verfahren erfolgreich zur Untersuchung praktischer Brennkammern unter Reiseflugbedingungen eingesetzt werden. Typische Ergebnisse betrafen z.B. die Optimierung der Luftstufung oder die Interaktion von Brennerströmung und Strahlmischung. Die Technologieentwicklung für Brennkammerkomponenten wird durch Forschungsarbeiten zu Auslegungsgrundlagen anhand von Versuchen an generischen oder grundlegenden Versuchsaufbauten gestützt. Dazu gehörten z.B. die Erforschung des Zerstäubungs- und Verdampfungsverhaltens von Einspritzelementen für Kerosin in Vorverdampferstrecken. Die Ergebnisse dieser Versuche fließen in die Entwicklung der Computercodes zur Berechnung der Verbrennung in Gasturbinenbrennkammern ein, der im Projekt Brennkammermodellierung vom DLR erstellt wird. Gleichfalls orientiert sich die Entwicklung neuer Messverfahren an den in den Technologiearbeiten identifizierten Bedürfnissen, die sich in Folge z.B. in der Anwendung der Doppler Global Velozimetrie zur simultanen flächenhaften Messung des Geschwindigkeitsfeldes in Brennkammern niederschlägt. In allen vorgenannten Tätigkeitsfeldern wird am Institut für Antriebstechnik auch die Ausbildung des wissenschaftlich-technischen Nachwuchses durch die Betreuung von Promotionen, Diplomarbeiten oder Praxissemestern unterstützt.