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erfolgreiche Auslegung der Konturierung ausreichende Genauigkeit erlangt. Es ist dem Autor
keine Studie aus den letzten fünf Jahren bekannt, in der einer numerisch bestimmten Verlustreduktion
eine experimentell ermittelte Verluststeigerung gegenüber stand.
7.1.3 Konturierung in Axialverdichtern
Im Vergleich zu Turbinen ist bei Axialverdichtern der Wissensstand über den Nutzen und mögliche
Anwendungsstrategien der Annuluskonturierung weniger umfangreich. In den letzten Jahren
wurde allerdings eine Anzahl von Studien veröffentlicht, die den Schluss nahelegen, dass
dieses Auslegungsmerkmal auch in Verdichtern zur Verbesserung der aerodynamischen Eigenschaften
eingesetzt werden kann. In Analogie zu Abschnitt 7.1.2 soll daher an dieser Stelle
ein Überblick über die publizierten Forschungsbeiträge sowie eine Aufzählung der relevanten
Eigenschaften gegeben werden.
Entwicklung
In der Literatur sind neben Untersuchungen zur 3D-Profilierung einige Arbeiten zu finden, deren
Fokus auf der achsensymmetrischen Konturierung des Annulus von Axialverdichtern liegt.
Neben der Auslegungsmethodik haben sie mit der nicht-achsensymmetrischen Variante die genauere
Betrachtung der Naben- und Gehäusegeometrie innerhalb der Schaufelpassage gemeinsam
und sollen deswegen an dieser Stelle erwähnt werden. Als eine der frühesten Arbeiten
ist die Untersuchung von Hoeger et al. zu nennen [64, 65]. Anhand einer linearen Hochgeschwindigkeitskaskade
wird numerisch und experimentell gezeigt, dass sich durch eine Konturierung
die Totaldruckverluste in Wandnähe reduzieren lassen. Becker et al. modifizierten die
Annuluskontur als Teil eines automatischen Auslegungssystems [66]. Der genaue Beitrag der
Konturierung an der gesamten Wirkungsgradsteigerung ist allerdings aufgrund der gleichzeitigen
Variation der Schaufelgeometrie nicht bestimmbar. Dies gilt auch für das Austrittsleitrad
eines Fans, das von Endicott und Sonoda numerisch untersucht wurde [67, 68]. Durch kombinierte
Schaufel- und Endwandmodifikation sagen sie eine Verlustreduktion von 20 % vorher.
Kröger et al. konzentrierten sich auf die achsensymmetrische Gehäusekonturierung von Rotoren
[69–71]. Hier war die Beeinflussung des Schaufelspitzenwirbels der maßgebliche Effekt der
Konturierung. In manchen Aspekten entspricht die Konturierung damit einer Gehäusestrukturierung,
worauf in Abschnitt 7.2 weiter eingegangen wird. Als erfolgreich können die Arbeiten
von Dorfner und Hergt bezeichnet werden. Zunächst wurde das in ähnlicher Form auch von
Becker et al. und Kröger et al. verwendete automatische Auslegungssystem des DLR erweitert,
um auch nicht-achsensymmetrische Annuluskonturen erzeugen zu können. Erste numerische Ergebnisse
zeigten bereits anhand eines Stators die Fähigkeit zur Unterdückung von wandnahen
Ablösegebieten [72]. Diese Arbeit stellt auch die erste dem Autor bekannte Veröffentlichung zur
Anwendung von 3D-Profilierung in einem Axialverdichter dar. Das daraufhin vorgestellte nichtachsensymmetrische
Konturierungskonzept unterscheidet sich in seiner Geometrie deutlich von
anderen Profilierungen [73]. Die Konturierung ist in Abb. 7.1b gezeigt und hat eine von den Autoren
als „Aerodynamic Separator“ bezeichnete Wirkungsweise. Über das Zusammenspiel einer
Ablösekante in Umfangsrichtung und eines in Hauptströmungsrichtung verlaufenden Wirbels
wird die Querkanalströmung beeinflusst und so der Druckverlust reduziert. Versuche an einer
linearen Hochgeschwindigkeitskaskade bestätigten qualitativ die numerisch vorhergesagte Verlustreduktion
[74]. Während sich der Betrag der vorhergesagten Verlustreduktion als zu optimistisch
erwies, stimmte die durch die Konturierung bewirkte qualitative Änderung der radialen
7.1. Endwandkonturierung 25