Einfluss des nabennahen Fan-Totaldruckverhältnisses auf die Gesamteffizienz des Triebwerks

Abstract

Bei der Entwicklung von Flugtriebwerken liegt unter Voraussetzung der Betriebssicherheit der Fokus auf der Effizienzmaximierung des Gesamtsystems. Das nabennahe Fan-Totaldruckverhältnis beeinflusst nicht nur den Kreisprozess des Triebwerks, sondern wirkt sich speziell auch auf die Geometrie sowie die Triebwerksmasse aus. Um die genannten Zusammenhänge analysieren zu können, wird in dieser Arbeit ausgehend von dem thermodynamischen Modell eines modernen, repräsentativen Turbofantriebwerks zunächst eine Parameterstudie auf Kreisprozessebene durchgeführt, deren Ergebnisse gemeinsam mit einer wissensbasierten Geometriemodellierung sowie einer bauteilbasierten Massenabschätzung jeweils die Beurteilung der Brennstoffeffizienz eines konkreten Triebwerkdesigns zulassen. Eine vereinfachte Abschätzung der erforderlichen Umlenkwinkel im Rotor bildet die Basis für die Vorauslegung dreier verschiedener Designs mit unterschiedlichen Totaldruckverhältnissen im Kernstrombereich des Fans. Neben der geometrischen Auslegung des Strömungskanals für den Top of Climb beinhaltet die Fanvorauslegung die Nachrechnung der Betriebspunkte CR und MTO mit einem Throughflow-Löser, welche eine Evaluation der abhängig vom Totaldruckverhältnis umsetzbaren Polytropenwirkungsgrade im nabennahen Fanbereich ermöglicht. Eine Analyse der aus dem Strömungsfeld resultierenden Schaufelbelastungen wird anhand der S2m-Daten und der radialen Verteilung der aerodynamischen Größen durchgeführt.