Multidisziplinäre Bewertung von Triebwerkstrukturen mit Fokus auf Vogelschlag

Kurzfassung

Die Schädigung eines Turbinentriebwerks durch Fremdkörpereinwirkung (FOD, foreign object debris) ist umso signifikanter, je höher die Fluggeschwindigkeit und die Masse des Fremdkörpers, sowie umso wahrscheinlicher, je geringer die Flughöhe. Dadurch ergibt sich insbesondere für militärische Flugprofile ('tief und schnell') ein erhöhtes Schädigungsrisiko. Der Vogelschlag spielt hier eine besondere Rolle, sowohl in Bezug auf die kinetische Energie als auch auf die Auftretenswahrscheinlichkeit. Die auftretenden Lasten sind dimensionierend für die erste Fan-Stufe. Je nach Anforderungen kann die Vogelschlagertüchtigung eines vorläufig ausgelegten Fans derart erhebliche Geometrieänderungen erfordern, dass eine erneute Iteration des Vorentwurfs und/oder der Leistungsrechnung erforderlich ist. Im schlimmsten Fall kann sogar die Eignung des Luftfahrzeugs für gewisse Missionen beeinträchtigt werden. Aus diesem Grund wird im DLR die Kompetenz entwickelt, möglichst früh im Entwurfsstadium fundierte Aussagen zur Vogelschlagtüchtigkeit von Fans zu treffen. Zu diesem Zweck wird eine weitestgehend automatisierte Prozesskette entwickelt, die sich in die Triebwerksentwurfsplattform GTlab eingliedert. Durch die Anbindung an relevante Module (Performance, Pre-Design, Strukturmechanik) gelingt eine nutzerfreundliche Ermittlung von relevanten Kenngrößen (plastische Deformation, Verteilung FOD / Blatt, Clashing, Blattauslenkung). Vorgehensweise und Ergebnisse werden am Beispiel der FFE+ (Future Fighter Engine) vorgestellt, obgleich die Prozesskette generisch ist.