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6 Methoden zur Strömungskontrolle
Die in den Abschnitten 4 und 5 diskutierten Sekundärströmungs- und Instabilitätseffekte können
durch verschiedene Maßnahmen beeinflusst werden. Es lassen sich zwei Gruppen bilden:
Passive und aktive Methoden. Während erstere sich durch nicht-variable geometrische Merkmale
auszeichnen, besteht bei letzteren die Möglichkeit zur Regelung. In modernen Verdichtern
finden sich diverse Kombinationen dieser Methoden. Die folgenden beiden Abschnitte sollen
eine kurze Aufzählung der allgemein bekannten Methoden geben, ohne einen Anspruch auf
Vollständigkeit zu erheben.
6.1 Passive Methoden
Zu den passiven Methoden zählen verschiedene Gestaltungsmerkmale der Schaufelgeometrie,
gelegentlich auch als „3D-Blading“ bezeichnet. Zunächst ist hier die Anpassung der Blattwinkel
in Wandnähe zu nennen, um der durch die Sekundärströmungseffekte hervorgerufenen
Minder- bzw. Mehrumlenkung Rechnung zu tragen. Die lokale Modifikation der Krümmungsverteilung
der wandnahen Schaufelschnitte, auch als „Recambering“ bezeichnet, zielt ebenfalls
darauf ab [42]. Um die Stärke der Querkanalströmung zu beeinflussen kann auch auf der
gesamten Sehnenlänge eine von der Kanalmitte abweichende Krümmungsverteilung gewählt
werden. Schließlich seien noch die verschiedenen Möglichkeiten zur radialen Auffädelung der
einzelnen Schaufelschnitte erwähnt, durch die sich die aerodynamische Belastung der Schaufel
radial umverteilen lässt. Diese Techniken werden auch als „Sweep“, „Bow“ oder „Dihedral“ bezeichnet
[43].
Modifikationen der Annulusgeometrie stellen eine weitere Untergruppe der passiven Methoden
dar. Die dazu zählende Anbringung von Grenzschichtzäunen [44] oder Wirbelgeneratoren
[45] innerhalb bzw. vor der Schaufelpassage befindet sich noch in einem vergleichsweise frühen
Entwicklungsstadium. Weiter fortgeschritten ist der Stand der Technik bei der Konturierung der
Endwände. Zwar ist in Verdichtern zum gegenwärtigen Zeitpunkt nur die rotationssymmetrische
Variante verbreitet. Die erfolgreiche Anwendung von nicht-achsensymmetrischer Endwandkonturierung
in Turbinen von Serientriebwerken zeigt jedoch das grundsätzliche Potenzial dieser
Technik bei der Sekundärströmungskontrolle. Ein Überblick über den aktuellen Entwicklungsstand
wird in Abschnitt 7.1 gegeben. Zuletzt sind noch die Gehäusestrukturierungen zu nennen,
die primär zur Erweiterung des nutzbaren Arbeitsbereiches eingesetzt werden. Auf diese seit
vielen Jahren bekannte Methode wird in Abschnitt 7.2 weiter eingegangen.
6.2 Aktive Methoden
Die aktiven Methoden werden in erster Linie zur Vermeidung von Stall oder Verdichterpumpen
eingesetzt. Da sie oftmals auch eine Verringerung des Verdichterwirkungsgrades bewirken,
werden sie als regelbare Maßnahmen nur dann aktiviert, wenn der vergrößerte Verdichterarbeitsbereich
tatsächlich benötigt wird. In einem Flugtriebwerk ist dies in der Regel im Teillastbetrieb
und während transienter Manöver der Fall. Variable Zapfluftentnahme ist bereits seit
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