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11 Nabenkonturierung bei einem
transsonischen Rotor
Der Rotor des 1,5-stufigen transsonischen Forschungsverdichters wurde mit nicht-achsensymmetrischer
Nabenkonturierung ausgestattet. Dies geschah nach Abschluss der in Abschnitt
10.1.1 beschriebenen sonstigen aerodynamischen und strukturmechanischen Auslegung des
Verdichters. Die in diesem Kapitel als Referenz dienende Variante ohne Konturierung kann daher
hinsichtlich ihrer Verlust- und Stabilitätswerte als repräsentativ für eine aktuelle Hochdruckverdichterstufe
betrachtet werden. Durch die Konturierung sollten nun die bereits auf einem hohen
Niveau befindlichen Leistungsparameter des Rotors weiter gesteigert werden. Verschlechterungen
bei einzelnen Parametern oder bestimmten Betriebszuständen sollten dabei nicht in
Kauf genommen werden.
11.1 Anwendung ohne Schaufelmodifikation
Zur Auslegung der nicht-achsensymmetrischen Nabenkonturierung wurde der in Abschnitt 8.4
beschriebene halbautomatische Prozess verwendet. Die Bewertung der einzelnen Entwürfe erfolgte
bei Auslegungsdrehzahl und zwei verschiedenen Drosselgraden: Dem als DP bezeichneten
Auslegungspunkt und einem weiter angedrosselten Betriebszustand, der als NS gekennzeichnet
wird. Außer der Geometrie der Nabe wurden keine weiteren Änderungen am Rotor vorgenommen.
Ein Überblick über die Sensitivität des polytropen Rotor-Wirkungsgrades gegenüber verschiedenen
Nabengeometrien kann aus Abb. 11.1 gewonnen werden. Gezeigt sind die Wirkungsgrade
im Auslegungspunkt und nahe Stall, und zwar sowohl für die Referenz ohne 3D-Konturierung
als auch für die während des Auslegungsprozesses erstellten Konturierungs-Varianten. Alle Daten
in diesem Graph wurden direkt aus CFD-Ergebnissen, also ohne Einbeziehung der RBF-
Antwortfläche, gewonnen. Die Ergebnisse beinhalten auch eine Anzahl von achsensymmetrischen
Profilierungen, die ebenfalls Teil der initialen Datenbank waren. Der als „Konturierung
+ Rotor-Modifikation“ bezeichnete Entwurf beinhaltet einen modifizierten Rotor und soll daher
zunächst ignoriert werden. Auf diese Variante wird in Abschnitt 11.2 näher eingegangen.
Zunächst fällt die geringe Höhe der Wirkungsgradsteigerungen auf. Die im Auslegungspunkt
oder nahe Stall maximal erreichten Verbesserungen gegenüber der Referenz betragen nur wenig
mehr als jeweils 0,05 % ∆η p . Zudem zeigt kein einziger Entwurf eine gleichzeitige Verbesserung
sowohl im Auslegungspunkt als auch nahe Stall. Eine Konturierung mit verbessertem
Wirkungsgrad in einem der beiden Betriebspunkte bewirkt eine mitunter signifikant größere
Verschlechterung im jeweils anderen Betriebspunkt. Dies bedeutet, dass keine Konturierung gefunden
werden konnte, welche die oben formulierten Auslegungskriterien vollständig erfüllt. Es
könnte nun argumentiert werden, dass eine Wirkungsgraderhöhung nahe der Stabilitätsgrenze
von weniger praktischem Nutzen ist als im Auslegungspunkt. Im vorliegenden Fall konnte
die Änderung des Rotorwirkungsgrades nahe Stall jedoch auch zur zumindest qualitativen Illustration
der Stabilitätsänderung genutzt werden, da sie konsistent mit anderen Indikatoren
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