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Hochleistungs-Oxidkeramiken zur Steigerung der Energieeffizienz – HiPOC – High Performance Oxide Ceramics, Teilvorhaben des DLR, Abschlussbericht

Behrendt, Thomas and Aumeier, Thomas and Göring, Jürgen and Hackemann, Stefan and Hönig, Sandrine and Hofmann, Severin and Kanka, Bernhard and Koch, Dietmar and Luxem, Walter (2013) Hochleistungs-Oxidkeramiken zur Steigerung der Energieeffizienz – HiPOC – High Performance Oxide Ceramics, Teilvorhaben des DLR, Abschlussbericht. Project Report. Förderkennzeichen 03X3528D, 35 S. Technische Informations Bibliothek. (In Press)

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Abstract

Die Anwendung von CMC-Werkstoffen in Flugtriebwerken beschränkt sich zur Zeit auf den Abgastrakt in militärischen Triebwerken. Für stationäre Gasturbine existieren verschiedene Forschungs- und Entwicklungsprogramme, die sich mit dem Einsatz oxidischer CMC in Brennkammern befassen. Ziel des Vorhabens war, Komponenten für Triebwerksbrennkammern aus oxidkeramischen Faserverbundwerkstoffen zu entwickeln. Dazu sollte eine Rohrbrennkammer entwickelt, hergestellt und unter realitätsnahen Bedingungen getestet werden. Daneben sollten Designkonzepte zur Integration von heißen, lasttragenden Bauteilen aus oxidischen CMCs in metallische Tragstrukturen generiert werden. Weiterhin sollten bestehende oxidische CMC-Werkstoffe weiterentwickelt werden, um ihre Hochtemperaturfähigkeit zu steigern. Diese Ziele wurden über einen gekoppelten Ansatz verschiedener Methoden bestehend aus numerischen Simulationen (CFD und FEM), Tests zur Werkstoff-Charakterisierung, Komponenten-Tests an Prüfständen (gekühlte Brennkammerwandelemente und Befestigungselemente) und Demonstratorversuchen mit einer CMC-Rohrbrennkammer bearbeitet. Mittels einer gekoppelten CFD- und FEM-Berechnung wurde die CMC-Rohrbrennkammer thermisch und mechanisch ausgelegt. Es wurde ein Befestigungskonzept entwickelt und gebaut für eine Brennkammer, die aus mehreren Teilen zusammengesetzt wird. Bei dem CMC-Werkstoff Whipox konnte die Hochtemperaturbeständigkeit (Kriechstabilität) deutlich gesteigert werden. Es wurden Brennkammer-Kühlkonzepte für oxidische CMC-Werkstoffe entwickelt und entsprechende Brennkammerwandelemente in einem Kühlungsprüfstand bei realistischen Bedingungen getestet. Eine CMC-Rohrbrennkammer wurde bei Bedingungen betrieben, die 90% take-off-Leistung des gewählten Triebwerks-Zyklus entsprachen. Die Erkenntnisse können unmittelbar auch für Brennkammern stationärer Gasturbinen bzw. Kleingasturbinen genutzt werden. Die entwickelten Methoden und Werkstoffe können auf verschiedene andere Anwendungen, bei denen oxidations- und hochtemperaturbeständige Werkstoffe mit nichtsprödem Bruchverhalten eingesetzt werden, übertragen werden.

Item URL in elib:https://elib.dlr.de/84059/
Document Type:Monograph (Project Report)
Title:Hochleistungs-Oxidkeramiken zur Steigerung der Energieeffizienz – HiPOC – High Performance Oxide Ceramics, Teilvorhaben des DLR, Abschlussbericht
Authors:
AuthorsInstitution or Email of AuthorsAuthors ORCID iD
Behrendt, ThomasThomas.Behrendt (at) dlr.deUNSPECIFIED
Aumeier, Thomasthomas.aumeier (at) dlr.deUNSPECIFIED
Göring, Jürgenjuergen.goering (at) dlr.deUNSPECIFIED
Hackemann, Stefanstefan.hackemann (at) dlr.deUNSPECIFIED
Hönig, Sandrinesandrine.hoenig (at) dlr.deUNSPECIFIED
Hofmann, Severinseverin.hofmann (at) dlr.deUNSPECIFIED
Kanka, Bernhardbernd.kanka (at) dlr.deUNSPECIFIED
Koch, Dietmardietmar.koch (at) dlr.deUNSPECIFIED
Luxem, Walterwalter.luxem (at) dlr.deUNSPECIFIED
Date:September 2013
Refereed publication:No
Open Access:No
Gold Open Access:No
In SCOPUS:No
In ISI Web of Science:No
Number of Pages:35
Publisher:Technische Informations Bibliothek
Series Name:Deutsche Forschungsberichte
Status:In Press
Keywords:Gasturbine, Triebwerk, Brennkammer, Keramik, CMC
HGF - Research field:Aeronautics, Space and Transport
HGF - Program:Aeronautics
HGF - Program Themes:Propulsion Systems (old)
DLR - Research area:Aeronautics
DLR - Program:L ER - Engine Research
DLR - Research theme (Project):L - Combustion Chamber Technologies (old)
Location: Köln-Porz , Stuttgart
Institutes and Institutions:Institute of Structures and Design > Ceramic Composite Structures
Institute of Materials Research > Keramische Strukturwerkstoffe
Institute of Propulsion Technology > Combustor
Deposited By: Behrendt, Dr.-Ing. Thomas
Deposited On:09 Sep 2013 10:39
Last Modified:09 Sep 2013 10:39

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