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Impact of endwall clearances on off-design performance of boundary layer ingesting variable pitch fans

Paul Panuthara, John und Mennicken, Maximilian und Schnell, Rainer und Gottschalk, Nick und Kleemann, Sandra und Reis, Thomas und Friedrichs, Jens und Herbst, Florian (2025) Impact of endwall clearances on off-design performance of boundary layer ingesting variable pitch fans. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. American Society of Mechanical Engineers (ASME). doi: 10.1115/1.4069930. ISSN 0742-4795.

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Offizielle URL: https://asmedigitalcollection.asme.org/gasturbinespower/article/doi/10.1115/1.4069930/1222706

Kurzfassung

Aircraft propulsion research in recent years, driven by challenging emission targets, has focused on hybrid-electric propulsion systems such as electrically powered boundary layer ingesting (BLI) aft-fans. Variable pitch BLI fans have performance benefits at low speed, low altitude conditions over conventional designs. However, blade variability necessitates additional nonuniform endwall clearances to avoid intersections during repitch, which act as drivers of secondary flows. This paper investigates, numerically using 3D single passage Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS), the impact of hub and tip gaps on the aerodynamic performance of electrically powered BLI fans with variable pitch at takeoff conditions. It validates how restaggering the rotor leads to better utilization of the electric motor capabilities and improves overall performance while decreasing the relative mass flow across the tip. Comparing the performance at the aerodynamic design point (ADP) between a 14 deg variable blade and a fixed blade with a constant gap height equaling the average of the former reveals a 10.7% higher tip leakage mass flow rate across the fixed blade tip. Correspondingly, the 14 deg variable blade has a 17.7% greater flow rate with respect to a nonvariable blade with the same nominal gap height. Two blade pitch variability ranges of 10 deg and 14 deg were considered, which corresponds to an increase in maximum tip gap at design stagger by 0.2% of the blade span. Evaluating speedlines for the takeoff operating point at a rotor pitch setting of 10 deg resulted in an additional stability margin (SM) of 6.8% for the less variable blade.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/220810/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:ASME permission to deposit an open copy, November 6th, 2025
Titel:Impact of endwall clearances on off-design performance of boundary layer ingesting variable pitch fans
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Paul Panuthara, JohnJohn.PaulPanuthara (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mennicken, MaximilianMaximilian.Mennicken (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3640-0682199583420
Schnell, RainerRainer.Schnell (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gottschalk, Nicknick.gottschalk (at) tu-braunschweig.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kleemann, Sandrasandra.kleemann (at) oswald.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Reis, Thomasthomas.reis (at) oswald.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Friedrichs, Jensj.friedrichs (at) ifas.tu-braunschweig.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Herbst, FlorianFlorian.Herbst (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0993-4582199583421
Datum:11 Dezember 2025
Erschienen in:Journal of Engineering for Gas Turbines and Power
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1115/1.4069930
Verlag:American Society of Mechanical Engineers (ASME)
ISSN:0742-4795
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Boundary layer ingestion, Flow (Dynamics), Rotors, hybrid electric propulsion, Electric motors, Leakage, Propulsion systems, Reynolds-averaged Navier–Stokes equations, Stability
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Umweltschonender Antrieb
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CP - Umweltschonender Antrieb
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Triebwerkskonzepte und -integration
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Antriebstechnik > Fan- und Verdichter
Hinterlegt von: Paul Panuthara, John
Hinterlegt am:13 Dez 2025 04:13
Letzte Änderung:16 Dez 2025 14:53

Verfügbare Versionen dieses Eintrags

  • Impact of endwall clearances on off-design performance of boundary layer ingesting variable pitch fans. (deposited 13 Dez 2025 04:13) [Gegenwärtig angezeigt]

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