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Zusammenfassung<br />
Um der Forderung nach Flugtriebwerken mit niedrigerem Treibstoffverbrauch kurz- oder mittelfristig<br />
zu genügen, müssen die einzelnen Triebwerkskomponenten über das aktuell erreichte<br />
Niveau hinaus verbessert werden. So soll der Wirkungsgrad des Verdichtermoduls steigen und<br />
gleichzeitig einen für den sicheren Betrieb der Maschine ausreichenden stabilen Arbeitsbereich<br />
aufweisen. Ein wichtiger Weg zum Erreichen dieses Ziels führt über die Kontrolle der<br />
verschiedenen Sekundärströmungsphänomene. Zusätzlich zu den diesem Zweck dienenden, bereits<br />
etablierten Technologien befinden sich aktuell diverse aktive und passive Methoden in<br />
der Entwicklung. Die vorliegende Arbeit behandelt zwei verschiedene passive Methoden, welche<br />
als Modifikation der Naben- und Gehäusewände klassifiziert werden können. Verschiedene<br />
Axialverdichter wurden mit nicht-achsensymmetrischer Endwandkonturierung sowie Gehäusestrukturierung<br />
ausgestattet, um ihre aerodynamischen Leistungsparameter zu verbessern. Der<br />
Großteil der Ergebnisse beruht auf 3D-CFD-Simulationen. Zu Validierungszwecken wurden zusätzlich<br />
experimentelle Resultate herangezogen.<br />
Für die nicht-achsensymmetrische Endwandkonturierung wurde ein halbautomatischer Auslegungsprozess<br />
entwickelt. Er wurde dazu genutzt, die Rotornabe sowie Nabe und Gehäuse<br />
des Stators eines 1,5-stufigen transsonischen Forschungsverdichters zu konturieren. Zusätzlich<br />
wurde die Statornabe eines zweistufigen Niedergeschwindigkeitsverdichters konturiert, um das<br />
Verbesserungspotenzial unter der Einwirkung von Deckbandleckage zu untersuchen. Es konnte<br />
numerisch demonstriert werden, dass sich durch eine Konturierung die Querkanalströmung<br />
so beeinflussen lässt, dass die lokalen Totaldruckverluste sinken und die Umlenkung verbessert<br />
wird. Der Betrag dieser Verbesserungen war signifikant erhöht, wenn die Referenzvariante<br />
mit achsensymmetrischen Annuluswänden ein Rezirkulationsgebiet nahe der zu konturierenden<br />
Endwand aufwies. In diesem Fall konnte der polytrope Stufenwirkungsgrad um mehr als<br />
ein Prozent gesteigert werden. Für den Fall eines Stators ohne relevantes Rezirkulationsgebiet<br />
wurden sowohl Schaufel- als auch Endwandgeometrie modifiziert, was zu einer Wirkungsgradsteigerung<br />
von 0,3 % führte.<br />
Aufgrund des geringen benötigten Bauraums und der einfachen Geometrie wurde die Gehäusestrukturierung<br />
als einzelne Umfangsnut ausgeführt. Die Gehäusestrukturierung wurde auf den<br />
Rotor des 1,5-stufigen Forschungsverdichters sowie zwei weiteren transsonischen Verdichterrotoren<br />
appliziert. In allen Fällen wurde ein verbesserter Arbeitsbereich bei konstantem oder<br />
verbessertem Wirkungsgrad beobachtet. Die weitere Analyse zeigte, dass dies über eine Beeinflussung<br />
der Interaktion zwischen dem Rotorspaltwirbel und dem Stoß erreicht wurde. Die der<br />
Umfangsnut zuzuordnenden Verbesserungen waren um so höher, je größer der Anteil dieser<br />
Stoß-Wirbel-Interaktion am aerodynamischen Instabilitätsmechanismus des jeweiligen Rotors<br />
war.<br />
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