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Einfluss von Störungen in der Brennkammer auf den Abgasstrahl eines Flugtriebwerks

Bearbeitung:Henrik von der Haar, M. Sc.
Bild Einfluss von Störungen in der Brennkammer auf den Abgasstrahl eines Flugtriebwerks

Der Sonderforschungsbereich 871 „Regeneration komplexer Investitionsgüter“ erarbeitet wissenschaftliche Grundlagen dafür, wie komplexe Investitionsgüter so gewartet und regeneriert werden, dass Kosten und Werthaltigkeit optimiert werden. Am Beispiel von Flugtriebwerken wird erforscht, wie die teuren Komponenten optimal instandgehalten oder wiederhergestellt werden können.

Im Teilprojekt A4, das vom ITV bearbeitet wird, wird ein neuartiger Diagnostikansatz zur Beurteilung von Flugtriebwerksbrennkammern entwickelt, bei dem durch die Analyse des Abgasstrahls mögliche Schäden in der Triebwerksbrennkammer (bzw. im Parallelprojekt A3 des Instituts für Turbomaschinen und Fluiddynamik, TFD, in der Turbine) erkannt werden, um anfängliche Schädigungen schon ohne Demontage erkennen, lokalisieren und bewerten zu können. Dies soll unter anderem Wartungszyklen verlängern.

Es wird ein inverser Ansatz verfolgt, in dem mittels geschickter Simulationstechnik die Auswirkung einiger typischer Schadensmuster auf den Zustand des Abgasstrahls berechnet wird. Darauf aufbauend soll dann später durch eine Mustererkennung in der Dichteverteilung des Abgasstromes und aus der Schadstoffkonzentration auf die Triebwerksfehler zurückgeschlossen werden können.

Die Methode wird zunächst an einer experimentell zugänglichen Versuchsbrennkammer erprobt. Hier werden sowohl in der Grundkonfiguration als auch in verschiedenen Schadenskonfigurationen das Strömungsfeld, der Verbrennungsvorgang und die Abgasverteilung gemessen und parallel dazu mittels Computational Fluid Dynamics (CFD) der Zusammenhang zwischen Brennkammer und Austritts-Dichteverteilung berechnet. Dieses Verfahren wird dann auf Flugtriebwerke übertragen.

Das Bild zeigt beispielhaft die Berechnung der Verbrennung in einem Flugtriebwerkssegment, wenn einer der Brenner ausgefallen ist.

Die Dichteverteilungsmessung im Abgasstrom wird vom TFD im Parallelprojekt A3 mittels der tomographischen Background Oriented Schlieren Methode (BOS-Technik) vermessen. Für die Schadstoffmessung hinter dem Triebwerk entwickelt das ITV eine spezielle Mess-Sonde.

Sonderforschungsbereich 871: Regeneration komplexer Investitionsgüter

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