Grieb H. Verdichter für Turbo-Flugtriebwerke

Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2009. 706 p. — ISBN:
3540343733. — German.Das Buch stellt spezielle Kenntnisse und Daten aus der Praxis zu Turboverdichtern in Flugtriebwerken zusammen. Damit enthält es das notwendige Wissen für die praktische technische Entwicklung, Auslegung und Konstruktion. Der Autor erläutert die Entwicklung der Auslegungs- und Betriebsparameter, die gegenseitigen Abhängigkeiten und die geeigneten Kombinationen der Auslegungsparameter. Grundlage dafür sind umfassende Daten aus der industriellen Entwicklung. Alle Arten von Verdichterkomponenten und Verdichterbauweisen werden berücksichtigtInhaltsverzeichnis
Zielsetzung
Einleitung
Maßgebende Randbedingungen und technologische Beschränkungen bei Verdichtern
Rolle und Relation der Gestaltungsgrundsätze
Thermodynamische Grundlagen
Aerodynamische Grundlagen
Ähnlichkeitsbedingungen
KennfeldundArbeitslinie
Zeitliche Entwicklung der Verdichter-Auslegungsparameter
StatistischeErfassungundAnalyseexistierenderVerdichter
– Methodik der Datenerfassung
–Größeneinfluss
– EinführungszeitraumEIS
–EinflussderRe-Zahl
– Normierte polytropeWirkungsgrade
StatistikderVerdichterdaten
Korrelationsparameter
1-stufige Fans von zivilen Turbofans und Mantelpropfans
Mehrstufige ND-Verdichter militärischer Turbofans
„Booster-Stufen und MD-Verdichter von Turbofans und Mantelpropfans
HD-VerdichtervonTurbofansundMantelpropfans
Axial-/Radialverdichter undmehrstufigeRadialverdichter für kleine Turbofans und Wellenleistungstriebwerke
Allgemeines
Axialteile
Radialverdichter
Verdichterkennfelder
Normierung
VariableGeometrie
Integration und Dimensionierung
Vorbemerkung
ZivileTurbofans
Überblick
1-stufige Fans für Turbofans ohne Getriebe mit 2- oder 3-welligem Kerntriebwerk
„Langsam laufende „Booster-Stufen bei 2-Wellen-Turbofans
Hochtourige „Booster-Stufen bei Turbofan mit Getriebe
HD-Verdichtervon2-und3-Wellen-Turbofans
Allgemeines
HD-Verdichter mit 1-stufiger HD-Turbine fürzivile2-Wellen-Triebwerke(Falla)
HD-Verdichter mit 2-stufiger HD-Turbine (Fall b)
ND- und HD-Verdichter in Kerntriebwerken von zivilen 3-Wellen-riebwerken
Verdichter kleiner Turbofans für Geschäftsflugzeuge
MD- und HD-Verdichter von großen Turboprops
ND- und HD-Verdichter für militärische Turbofans mitNachbrenner
Ax/R- oder 2R-Verdichter von Wellenleistungstriebwerken der
Klasse 1000 kWfür Hubschrauber, Kleintransporter undGeschäftsflugzeuge
Schlussbemerkung
Aerodynamik des Axial- und Radialverdichters
Vorbemerkungen zu Axialverdichtern
Zusammenhänge bei der Durchströmung von Axialverdichtern
Drallgesetze
StrömungimMeridianschnitt
– Methode der Meridianstromlinienkrümmung
– Geschlossener Ansatz für Sonderfall R = 50%
–„Actuatordisktheory
– Singularitätenverfahren
– Methode der finiten Elemente
Strömung im Tangentialschnitt – Geschwindigkeitsdreiecke und aerodynamische Schaufelkräfte
Beziehungen zwischen Stromflächen und Zylinderschnitten
Geschwindigkeitsdreiecke und aerodynamische KräfteaufZylinderflächen
Verlustkorrelationen
Übersicht
ProfilverlustebeiUnterschall
SupersonischeVerluste
VerlusteimtranssonischenBereich
VerlustedurchSeitenwandreibung
Rand (Sekundär)- und Spaltverluste
Spaltumströmung
Reibung an Leitgitter-Innenringen
Seitenwandgrenzschichten
Allgemeines
Schaufelkraftdefizite
Statistische Daten zu Seitenwandgrenzschichtdicken
Theorie der Seitenwand-Grenzschichtentwicklung
Stabilität der Seitenwandgrenzschicht bei Gittern mit Radialspalt
Schlussbemerkung
Radiale Mischung
Wirkungsgrade und Abreißgrenzen
Stufenwirkungsgrad bei inkompressibler undkompressiblerStrömung
Abreißreserve
Einfluss des Radialspiels auf Abreißreserve und Wirkungsgrad
Einfluss der Stator-Oberflächenstruktur über den Laufschaufeln auf Abreißreserve
und Wirkungsgrad
Kombination günstigenWirkungsgrades mitakzeptablerAbreißreserve
Einfluss der Stufenbelastung auf Abreiß-PumpgrenzemehrstufigerVerdichter
Beurteilung und Vorausberechnung von Wirkungsgraden mehrstufigerVerdichter
3-dimensionale, reibungsbehaftete, kompressible Durchströmung
Navier-Stokes-Gleichungen und Turbulenzmodellierung
Vorbemerkungen
Phänomeneder3D-Strömung
Bewegungsgleichungen
Turbulenzmodellierung
Rückblick auf radiale Mischung
Euler-Gleichungen
Praktische Durchführung der 3-dimensionalen Rechnung
Beispiele für Ergebnisse zur 3-dimensionalen Berechnung von Gittern
BestehendeProblemzonen
Instationäre Gitteraerodynamik
D-EffektebeiderGestaltungderSchaufeln
Radialverdichter
Vorbemerkungen
Ringraum-bzw.Laufradgestaltung
Rotordurchströmung
Überblick
Reibungsfreie Strömung
Grenze der Anwendbarkeit der Theorie der reibungsfreien Strömung
Abschätzung der aerodynamischen Schaufelbelastung
„Strahl-Dellen- bzw. „jet-wake
Strömungsprofil am RV-Radaustritt
Blockage im RV-Rotor durch „Totwasser und Seitenwandgrenzschichten
Gesichtspunkte zur Durchströmung und Gestaltung der axialen Rotor-Eintrittspartie
Minderleistungsfaktor
Diffusoren
Diffusor-Bauweisen
Diffusor-Durchströmung
Wirkungsgrad
Moderne Berechnung der RV-Durchströmung nach NS-3D-Methodik
Schaufel-/Profilgestaltung
Axialverdichter
orbemerkungen
Start- und Randbedingungen für die Gitter-/Profilberechnung
Gitter bei inkompressibler Anströmung mit konventioneller Profilgestaltung (Skelettlinie +
Grundprofil) im Rückblick
Berechnung nach konformer Abbildung
Berechnung nach der Singularitätenmethode
Berechnung nach NACA-Gittermessungen Gittereigenschaften bei inkompressibler und subsonischer bis transsonischer Anströmung unterWindkanalbedingungen und im Verdichter
Bemerkungen zu Gittern für transsonische undsupersonischeAnströmung
Gitterberechnung nach 3D-Navier-Stokes-Methode
Festlegung wichtiger Gitterparameter bei mehrstufigen Verdichtern
Radialverdichter
Betriebsverhalten
Vorbemerkungen
Axialverdichter
Kennlinien von Verdichterstufen beiinkompressiblerStrömung
VerdichterstufenbeikompressiblerStrömung
Kombination von Stufenkennfeldern zum Gesamtkennfeld eines mehrstufigen Verdichters
(StageStacking)
BetriebsverhalteniminstabilenBereich
Vorbemerkungen
RotierendesAbreißen(RotatingStall)
Eintritt in „abruptes rotierendes Abreißen oderPumpen
Beobachtungen zu rotierendem Abreißen beiRadialstufenmitaxialerZuströmung
Eintrittsstörungen
Vorbemerkungen
Stationäre Eintrittsstörungen
– Druckstörungen
– Temperaturstörungen
– Kombinierte zirkulare Störungen
– Radiale Druck- und Temperaturstörungen
Koppelungseffekte
Instationäre Störungen
– Instationäre Druckstörung bzw
TurbulenzimEinlauf
– Instationäre Temperaturstörungen
Verschiedenes zur Problematik des Pumpens
–ExzentrizitätdurchManöverlasten
– Kompensierendes Gehäuse zur aktiven
BeeinflussungdesRadialspiels
–AktiveSpaltkontrolle(Option)
– Aktive Pumpverhütung (active surge control ˆ = ASC)
BetriebskennlinienvonRadialstufen
Vorbemerkungen
StufenkennliniebeiinkompressiblerStrömung
StufenkennfeldbeikompressiblerStrömung
Akustik
Überblick
AkustischrelevanteDefinitionenundParameter
ÜberblickderLärmquellenbeiVerdichtern
–TonlärmbeifreierZuströmung
– Schalltransport durch Ringkanäle
–Interaktions-Tonlärm
–TransmissionundReflexion
–Breitbandlärm
– Eintrittsstörungen
Analytische Ansätze und experimenteller Hintergrund zur Berechnung der Schallerzeugung
Vorbemerkungen
Akustische Grundgleichungen
TonlärmanFan-Rotoren
Schallausbreitung in Ringkanälen
Interaktionslärm an Gittern
Transmission und Reflexion von Schallwellen an Gittern
Breitbandlärm
Lärm bei Eintrittsstörungen
Ausblick
Aeroelastik Flattern und erzwungene Schaufelschwingungen
Vorbemerkungen und Phänomene
Grundgleichungen und Schwingungsformen
Selbst erregte Schwingungen (Flattern)
Überblick
Schwingende Laufschaufeln in stationärer (ungestörter) Strömung, d. h. Flattern
ModerneMethodik der Flatteranalyse
Erzwungene Schwingungen (Resonanz)
Allgemeines
Resonanzanalyse bei Nachlaufdellen/Störungen inderAnströmung
ModerneMethodik der Resonanzkontrolle
Aerodynamisch erregte Systemschwingungen bei mehrstufigen Axialverdichtern
Aerodynamisch erregte Schwingungen bei Radialverdichtern
SituationamLaufradeintritt
Bedingungen im Spalt zwischen Laufrad und Diffusor
Konstruktion, Mechanik
Vorbemerkungen
Verdichterbauweisen
Allgemeine, konzeptübergreifendeKonstruktionsmerkmale
Komponentenbauweisen
1-stufige Fans für zivile Turbofans undMantelpropfans
Mehrstufige ND-Verdichter für militärische Turbofans
„Booster-StufenfürzivileTurbofans
MD-Verdichterfür3-Wellen-Turbofans
HD-Verdichter für zivile und militärische Turbofans
Ax/R-Verdichter für Gasgeneratoren von Wellenleistungstriebwerken undHD-SystemevonkleinenTurbofans
R-Verdichter für Gasgeneratoren von Wellenleistungstriebwerken
Variable Geometrie
Konstruktions-/betriebsrelevanteProbleme
Axialschubausgleich
Druckluftentnahme
BelägeanRotorundStator
Titanfeuer
Schaufelerosion
Vogelschlag
Rotordynamik
Vorbemerkungen
Grundprobleme
Rotorunwucht und Eigenfrequenzen bzw. kritische Drehzahlen
Isotrop-elastischeLager
KreiseleffektebeiFlugmanövern
Manöverlasten
ElastischeLagermitDämpfung
Moderne Behandlung rotordynamischer Probleme
Bezeichnungen
Literaturverzeichnis
Sachverzeichnis