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9 Experimentelle Methoden
Dieses Kapitel behandelt den Versuchsaufbau sowie die Verwendung der experimentell gewonnenen
Daten. Der Prüfstand und die relevante Instrumentierung werden vorgestellt. Danach
wird die Prozedur zur Auswertung der Messdaten sowohl für die Kennfeld- als auch die Detailanalyse
im Schaufelspitzenbereich des Rotors beschrieben.
9.1 Aufbau des Prüfstandes
Die experimentellen Untersuchungen wurden am Fachgebiet für Gasturbinen, Luft- und Raumfahrtantriebe
(GLR) der Technischen Universität Darmstadt durchgeführt. Der dortige Hochgeschwindigkeitsverdichterprüfstand
ist bereits seit einigen Jahren in Betrieb. Er wurde in der
Vergangenheit für diverse Forschungsvorhaben genutzt, insbesondere zu den Themengebieten
3D-Schaufelgestaltung, Verdichterinstabilität und Gehäusestrukturierung [31, 126, 177]. Wie
in Abb. 9.1 zu sehen ist, wird die aus der Umgebung angesaugte Luft nach dem Passieren der
Beruhigungskammer durch die Zulaufstrecke in den Verdichter geleitet. In der Zulaufstrecke
wird auch die Massenstrombestimmung mittels einer kalibrierten Düse vorgenommen. Dem
Verdichter schließt sich ein Ringdiffusor an, an dessen Austritt sich die zur Einstellung des Betriebspunktes
entlang einer Drehzahllinie benötigte Drossel befindet. Der Verdichter wird über
einen Gleichstrommotor angetrieben. Weitere Komponenten der Antriebseinheit sind das Getriebe
und die Drehmomentmesswelle.
Die zur Verfügung stehende Messtechnik umfasst neben der zur Betriebsüberwachung notwendigen
Instrumentierung auch eine umfangreiche Ausstattung zur Vermessung des Strömungsfeldes.
Neben Massenstrom, Luftfeuchtigkeits-, Drehzahl-, und Drehmomentmessungen können
Druck und Temperatur in verschiedenen Ebenen aufgezeichnet werden. Weiterhin bestehen
Möglichkeiten zur Messung mit schnellen Drucksensoren im Gehäuse, Particle Image Velocimetry
(PIV) sowie Grenzschicht- und Mehrlochsonden. Ferner wurden einige Rotorschaufeln
des aktuellen Verdichteraufbaus mit Dehnmessstreifen ausgestattet, deren Signale über eine Telemetrie
an das System zur Messdatenerfassung übertragen werden.
Beruhigungskammer
Zulaufstrecke
Verdichter
Drehmomemtmessung
Getriebe
Motor
Abbildung 9.1.: Der transsonische Verdichterprüfstand des GLR [176]
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