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16 Anwendung der Gehäusestrukturierung
auf weitere Rotoren
In diesem Kapitel werden die Ergebnisse der Simulationen mit und ohne Gehäusestrukturierung
diskutiert, welche mit dem einstufigen Forschungsverdichter sowie dem Triebwerksverdichter
durchgeführt wurden. Für die Übertragung der einzelnen Umfangsnut vom 1,5-stufigen
Forschungsverdichter auf die beiden anderen transsonischen Verdichter erfolgte keine erneute
iterative Auslegung. Vielmehr wurden die geometrischen Parameter basierend auf der axialen
Sehnenlängen der Rotorspitzen skaliert und basierend auf der Machzahlverteilung positioniert.
Dieser regelbasierte Prozess wurde bewusst gewählt, da die vorliegende Studie eine Untersuchung
der aerodynamischen Robustheit der Gehäusestrukturierung zum Ziel hatte.
Schließlich finden sich in der Literatur einige CT-Bauformen, welche für die jeweils verwendeten
Verdichterrotoren sehr gute Stabilitätsverbesserungen bei geringen oder keinen Wirkungsgradverlusten
liefern. Interessanterweise finden sich für diese der aerodynamischen Robustheit von
Verdichtern dienenden Konstruktionsmerkmale keine Aussagen zu ihrer eigenen Robustheit. Es
ist nicht ohne weiteres anzunehmen, dass alle CT-Bauformen die auf einem bestimmten Verdichter
demonstrierten Pumpgrenz- und Wirkungsgradänderungen auch qualitativ und quantitativ
gleich für beliebige andere Verdichter liefern. Vielmehr ist davon auszugehen, dass bestimmte
CT-Bauformen bei Applikation auf verschiedene Verdichter geringere Variationen der erzielten
Verdichter-Leistungskennwertänderungen aufweisen als andere. Nach dem Wissen des Autors
existieren aktuell keine allgemein akzeptierten Kennzahlen, die diese „CT-Robustheit“ quantifizieren.
Es wurde daher entschieden, die Umfangsnut auf zwei weitere Verdichter mit unterschiedlichen
geometrischen und aerodynamischen Merkmalen zu übertragen und diese numerisch zu untersuchen.
Wenn die Umfangsnut ohne erneute detaillierte Auslegung und viele CFD-Rechnungen
von einem Verdichter auf einen anderen übertragen werden kann, so können diese Gehäusestrukturierung
und die zugehörigen Auslegungsregeln als robust gegenüber verschiedenen
aerodynamischen Rahmenbedingungen bezeichnet werden.
16.1 Einstufiger Forschungsverdichter
Die Resultate für den einstufigen Forschungsverdichter weisen diverse qualitative Gemeinsamkeiten
mit denen für den 1,5-stufigen Forschungsverdichter auf. Wie aus Abb. 16.1a ersichtlich
ist, liegen die Totaldruck-Charakteristiken mit und ohne Gehäusestrukturierung bei Auslegungsdrehzahl
für Betriebspunkte nahe des Wirkungsgradmaximums fast übereinander. Die Variante
mit Umfangsnut verläuft steiler und erreicht sowohl höhere maximale Druckverhältnisse als
auch niedrigere minimale Durchsätze. Der maximale Wirkungsgrad steigt um 0,51 % ∆η p . Der
Pumpgrenzabstand steigt von 15,3 % auf 18,4 %, was einer relativen Steigerung von 20,3 % entspricht.
Im Vergleich zum 1,5-stufigen Forschungsverdichter erreicht die einzelne Umfangsnut
damit eine geringere relative Stabilitätserweiterung. Allerdings hat der einstufige Forschungsverdichter
ohne Gehäusestrukturierung bereits einen höheren Pumpgrenzabstand als der 1,5-
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