Titanium Aluminide Turbine Toolbox : Teilprojekt DLR : Schlussbericht zum Verbundprojekt TATT

Abstract

Ziel dieses Projektes ist es, ein vernetztes Auslegungstool für die Herstellung von Niederdruckturbinenkomponenten aus dem Hochleistungswerkstoff TiAl zu entwickeln, mit dem automatisiert eine Schaufelgeometrie generiert werden kann, die das Optimum aus effizienter Aerodynamik, wirtschaftlicher Herstellung, werkstoffgerechter Bauweise und langer Lebensdauer darstellt. Bisher ist diese aero-thermodynamische und strukturdynamische Auslegung von Turbinenschaufeln, insbesondere für den Werkstoff TiAl, von den Fertigungsprozessen aufgrund der Trennung von Turbinen- und Komponentenherstellern entkoppelt. Die ganzheitliche Betrachtung dieses Auslegungsprozesses hat eine Maximierung der Wirtschaftlichkeit im gesamten Lebensdauerzyklus zum Ziel. Für die multidisziplinäre Optimierung von TiAl-Niederdruckturbinenschaufeln liegt das zentrale Augenmerk dieses Berichtes auf den Weiterentwicklungen der für die Optimierung relevanten Disziplinen, der Integration der jeweiligen Simulations-Tools und der Anwendung im Rahmen einer beispielhaften multidisziplinären Optimierung einer Niederdruckturbinenschaufel. Darüber hinaus werden die Ergebnisse der aerodynamischen Validierungsexperimente vorgestellt und bewertet. Die durch den Partner Access ermittelten geometrischen Grenzen, die bei den schwer zu vergießenden TiAl-Schaufeln zu beachten sind, wurden ebenfalls in der multidisziplinären Optimierungsprozesskette implementiert. Hierzu wurde ein Baustein zur gießgerechten Auslegung von TiAl Komponenten erarbeitet, in dem geometrische Zusammenhänge in Abhängigkeit vom Gießprozess für die reproduzierbare und kosteneffektive Herstellung von qualitativen NDT-Komponenten definiert sind.