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dieser Eigenschaft vorgestellt. Darüber hinaus wurde der Auslegungsprozess experimentell validiert,
was zu einer erhöhten Relevanz der dokumentierten Ergebnisse beiträgt.
Eigenschaften
Experimentelle Ergebnisse zur erreichten Reduktion des Totaldruckverlustes wurden bisher nur
für eine lineare Kaskade geliefert [73, 74]. Dort wurde eine Größenordnung von etwa 17 % bis
20 % des Ausgangswertes bestimmt. Die Arbeiten von Hoeger et al. sowie Lepot et al. weisen
darauf hin, dass sich durch eine 3D-Profilierung bessere Ergebnisse erzielen lassen als durch eine
achsensymmetrische Konturierung [64, 77, 80, 81]. Aus den übrigen Studien lässt sich ableiten,
dass eine nicht-achsensymmetrische Annuluskonturierung bei Statoren größere Verbesserungen
erzielen kann als bei Rotoren, und zwar genau dann, wenn die Ausgangsvariante des betrachteten
Stators ein wandnahes Rückströmungsgebiet aufweist. Die Konturierung kann dann zur
Unterdrückung dieses Rückströmungsgebietes eingesetzt werden und reduziert somit dessen
Anteil an den Gesamtverlusten des Stators. Bei Rotoren wurde bisher nur von vergleichsweise
geringen aerodynamische Verbesserungen durch eine 3D-Nabenkonturierung berichtet. Reduktionen
beim Totaldruckverlust, soweit vorhanden, waren nicht im unmittelbaren Nabenbereich,
sondern bei Schaufelhöhen oberhalb von 10 % zu finden. Allerdings ist aus den veröffentlichten
Daten nicht ersichtlich, ob dies generell für Axialverdichterrotoren gilt oder vielmehr in der Auswahl
der jeweiligen Rotoren begründet ist, die allesamt keine Ablöseneigung im Nabenbereich
erkennen ließen. Die Prozedur zur Auslegung der Konturierungsgeometrie ist nah an die im
Turbinenbereich verwendete Methodik angelehnt. In der Mehrzahl der veröffenlichten Arbeiten
werden automatisierte Auslegungsverfahren genutzt, die verschiedene Suchverfahren mit stationärer
RANS-CFD koppeln.
Aufgrund der im Vergleich zu Turbinen kurzen Zeit, seit der Verdichter mit 3D-Konturierung untersucht
werden, sind einige für den Einsatz in Produktionstriebwerken relevante Eigenschaften
noch nicht detailliert betrachtet worden. Dazu zählen beispielsweise Abhängigkeiten von Machund
Reynoldszahl sowie generell das Verhalten in Betriebspunkten abseits des Auslegungspunktes.
Ebenso ungeklärt sind Robustheitsaspekte und das Zusammenspiel mit verdichtertypischer
Sekundärgeometrie wie Ausrundungsradien oder Kavitäten. Weiterhin gibt es zumindest
in der offenen Literatur noch keine experimentelle Validierung der für einen Hochgeschwindigkeitsverdichter
vorhergesagten Wirkungsgradsteigerung. Zuletzt ist auch noch offen, wie sich
die zusätzlichen Gestaltungsmöglichkeiten, die sich durch die nicht-achsensymmetrische Nabenoder
Gehäusekonturierung ergeben, am besten in modernen Axialverdichtern einsetzen lassen.
Diese weisen in der Regel keine ausgeprägten Rückströmungsgebiete auf, welche durch eine
Konturierung unterdrückt werden könnten. Zwar können unter Zuhilfenahme der vorhandenen
Untersuchungen im Turbinenbereich Vermutungen über die genannten Aspekte angestellt
werden. Zumindest eine Überprüfung der aufgestellten Thesen ist für Axialverdichter jedoch
unumgänglich. Dies ist ein weiterer Grund für die Wahl der Aufgabenstellung der vorliegenden
Arbeit, die insbesondere den letzten der angesprochenen Punkte, nämlich das Zusammenspiel
der Konturierung mit bestehenden Methoden der 3D-Schaufelgestaltung, näher untersuchen
soll.
7.1. Endwandkonturierung 27