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Modellierung von Instabilitäten in mehrstufigen Axialverdichtern

Arbeitsgruppe:AG Modellierung und PDEs
Leitung: Prof. Dr. Michael Böhm ((0421) 218-63841, E-Mail: mbohm@math.uni-bremen.de)
Bearbeiter: Dr. Olaf Schmidtmann
Projektpartner: Rolls-Royce Deutschland GmbH, Dahlewitz
Universität Potsdam
Humboldt-Universität Berlin
Weierstraß-Institut (Berlin)
Laufzeit: 01.02.1997 - 31.01.2001
Bild des Projekts Modellierung von Instabilitäten in mehrstufigen Axialverdichtern

Das Turbostrahltriebwerk, stellt eine der größten Innovationen dieses Jahrhunderts dar und führte in der Luftfahrttechnik zu umwälzenden Veränderungen. In einem Triebwerk verdichten Schaufelräder im Kompressor in mehreren Stufen die einströmende Luft und leiten sie in eine Brennkammer, in der sie mit dem eingespritzten Kraftstoff vermischt wird. Dieses Kraftstoff-Luftgemisch wird gezündet, erhitzt und dehnt sich aus. Die ausströmende Gasmasse tritt mit hoher Geschwindigkeit aus der Düse am hinteren Teil des Triebwerks aus und löst den Vortrieb aus. Das Triebwerk arbeitet am effektivsten, wenn die pro Zeiteinheit durchströmende Gasmasse klein ist. Dann ist auch der Kraftstoffverbrauch und die Belastung der Umwelt mit Abgasen am geringsten. Allerdings kommt es bei einem zu niedrigen Massenstrom zu Störungen, die zu einer Reduzierung des Wirkungsgrades des Triebwerkes und zu einer extrem starken mechanischen Belastung oder sogar zur Zerstörung des Triebwerkes führen können. Ein zentrales Problem bei der Konstruktion neuer Triebwerke ist es, durch die Entwicklung geeigneter Steuerungsmechanismen das Auftreten solcher Strömungen zu verhindern.

verdichter
Querschnitt durch das Turbostrahltriebwerk BR 710

Im Rahmen eines Forschungsprojektes von Mathematikern der AG Modellierung und Ingenieuren der Firma Rolls-Royce Deutschland GmbH wurde ein mathematisches Modell entwickelt, mit dem diese unerwünschten Strömungsformen mit Hilfe von Computern modelliert und untersucht werden können. Die gewonnenen Erkenntnisse lassen sich sowohl bei der Konstruktion von neuen Triebwerken als auch beim Test einsetzen. Neue Triebwerke können bereits vor ihrer Montage auf ihre Stabilitätseigenschaften untersucht werden. Damit ist es möglich geworden, einen Teil der sehr teuren Messungen an Prüfständen zu ersetzen, bei denen nicht selten das ganze Triebwerk zerstört wird.