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A Entwicklung und Eigenschaften der<br />
nicht-achsensymmetrischen<br />
Endwandkonturierung in Axialturbinen<br />
In den folgenden Abschnitten soll ein Überblick über die Entwicklung der Endwandkonturierung<br />
in Axialturbinen sowie eine Aufzählung einiger für die Auslegung und Anwendung relevanter<br />
Eigenschaften gegeben werden. Dies soll dabei helfen, den derzeitigen Stand der Forschung im<br />
Verdichterbereich besser einordnen zu können.<br />
A.1 Entwicklung<br />
Aus der Gesamtheit der gesichteten neueren Literatur zum Thema sind drei Forschergruppen<br />
hervorzuheben. Sie sind mit jeweils mehreren Veröffentlichungen vertreten und veranschaulichen<br />
die Entwicklung und den gegenwärtigen Stand der Forschung. Die jeweiligen Arbeiten<br />
sollen daher in den folgenden Absätzen kurz zusammengefasst werden.<br />
Die Durham Cascade ist eine lineare Niedergeschwindigkeitskaskade an der britischen University<br />
of Durham. Sie ist repräsentativ für einen Hochdruckturbinenrotor. In Zusammenarbeit<br />
mit Rolls-Royce wurden an dieser Kaskade verschiedene Varianten von 3D-Endwandprofilen<br />
untersucht. Veröffentlicht wurden rein numerische Untersuchungen zur Auslegungsmethodik<br />
[181, 182], rein experimentelle [183] sowie gemischte [53, 184–186] Studien. Die Ergebnisse<br />
trugen zum besseren Verständnis der Strömungstopologie mit Konturierung, zur Interaktion<br />
von gleichzeitigen Endwand- und Schaufelmodifikationen sowie zur Vorhersagbarkeit<br />
mittels CFD bei und lieferten wichtige Erkenntnisse für die spätere Anwendung in Turbinen<br />
der Trent-Triebwerksfamilie. Basierend auf einer der erfolgreichen Konturierungen wurde eine<br />
Niedergeschwindigkeits-Forschungsturbine am südafrikanischen CSIR ausgelegt, gebaut und<br />
getestet [187]. Ein konturierter Rotor der Forschungsturbine ist in Abb. 7.1a gezeigt. Neben<br />
der Interaktion der Schaufelreihen [188] wurden hier auch verschiedene Betriebszustände [47]<br />
sowie der Einfluss der Instationarität [56] untersucht.<br />
Eine Reihe von Arbeiten an Hochgeschwindigkeitsprüfständen wurde in Zusammenarbeit<br />
mit MTU Aero Engines durchgeführt. Nagel et al. begannen Anfang der Jahrtausends mit<br />
einer Reihe von Untersuchungen an linearen Hochgeschwindigkeitskaskaden. Die nichtachsensymmetrische<br />
Endwandkonturierung war Teil eines automatischen Auslegungssystems,<br />
dessen Funktionalität anhand der für eine Niederdruckturbine repräsentativen Kaskade T106<br />
numerisch demonstriert wurde [189]. Später durchgeführte Experimente bestätigten die vorhergesagten<br />
Verbesserungen [54, 190]. Eine weiterentwickelte Version des Auslegungssystems<br />
wurde zunächst numerisch an der Kaskade T160 demonstriert [191] und dann zur Konturierung<br />
von Rotor und erstem Stator der 1,5-stufigen Hochgeschwindigkeits-Versuchsturbine LISA<br />
an der ETH Zürich genutzt [57]. Die experimentell nachgewiesene Wirkungsgradsteigerung<br />
von etwa 1 % wurde zum Großteil dem Stator zugeschrieben [192]. Eine Zusammenfassung der<br />
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