STTF Uni Bochum: Experimental Investigation of an Inter Compressor Duct

Abstract

Die Reduzierung des Treibstoffverbrauchs von Flugzeugen ist eines der wichtigsten Forschungsthemen der Luftfahrtindustrie. Ein vielversprechender Ansatz ist die Verkürzung der Kanallänge zwischen dem Niederduckverdichter (NDV) und dem Hochdruckverdichter (HDV), dem so genannten Verdichterübergangskanal, englisch: Intermediate-Compressor-Duct (ICD). Die Treibstoffersparnis resultiert aus der Gewichtsersparnis des kurzen Triebwerks, der einhergehenden leichteren Tragekonstruktion in der Triebwerksaufhängung, der verbesserten Schwerpunktslage und dem verringertem Luftwiderstand. Eine Arbeitsgruppe des DLR-Instituts für Antriebstechnik, der MTU Aero Engines und der GKN Aerospace hat im Rahmen von Clean Sky 2 eine Messreihe aufgebaut, um einen kürzeren und damit aerodynamisch aggressiveren s-förmigen ICD zu untersuchen. Das Versuchsrig bietet die Möglichkeit der variablen Dallerzeugung um die letzte Rotorstufe des NDV zu simulieren, das NDV Auslassleitrad (OGV) führt die Strömung zu den Streben die das Wellen- Lagersystem tragen. Deren strukturelle Aufgabe durfte bei der Optimierung der aerodynamischen Eigenschaften nicht beeinträchtigt werden. Ein verstellbares Einlassleitrad (IGV) hinter dem ICD simuliert die Eintrittsbedingungen für einen HDV. Hinter dem OGV befindet sich eine Luftabsaugevorrichtung am Außengehäuse zur Simulation des Bleedluftstrom der ebenfalls variiert werden kann. Folgende Untersuchungen können im Rig durchgeführt werden: Totaldruck-, Mehrloch- und Hitzdrahtsonden sowie das Laser2Fokus- Verfahren und Ölanstrichbilder. Es stehen sieben verschiedene Messebenen zur Verfügung. In drei Messebenen können sowohl Umfangs- als auch Radialtraversen eingesetzt werden. Die Tests werden an acht verschiedenen Betriebspunkten durchgeführt, die sich in Machzahl, Reynoldszahl, Bleedluftrate, Drallwinkel und Winkel des HDV IGV unterscheiden. Die hohe Anzahl von Messungen führt zu einem tiefen Verständnis des Strömungsverhaltens im Verdichterübergangskanal. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass trotz der reduzierten axialen Länge, die Strömung dem Kanal durch die aggressive s-Form ohne Ablösung folgt und keine Performanceverluste entstehen. Der Vortrag beschrieb den Aufbau des hoch instrumentierten ICD Rigs und geht auf die Ergebnisse der Mehrlochsondenmessungen und Ölanstrichbilder ein.