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In dieser Arbeit wurde demonstriert, dass sich durch verschiedene Typen von Endwandmodifikation
die aerodynamischen Leistungsparameter von Axialverdichtern verbessern lassen. Dies gilt
auch für mit aktuell gebräuchlichen 3D-Gestaltungsmethoden ausgelegte Verdichter sowie unter
Verwendung von strengen Bewertungskriterien, nach denen es nicht zulässig ist, zugunsten von
Verbesserungen einzelner Parameter Einbußen bei anderen in Kauf zu nehmen. Als zentrales
Vehikel für die hier vorgestellten Untersuchungen diente ein 1,5-stufiger transsonischer Forschungsverdichter,
welcher im Rahmen der vorliegenden Arbeit ausgelegt, gebaut und getestet
wurde. Dieser Verdichter wurde mit nicht-achsensymmetrischer Endwandkonturierung sowie
einer aus einer einzelnen Umfangsnut bestehenden Geäusestrukturierung ausgestattet. Weitere
Teiluntersuchungen wurden anhand eines mehrstufigen Niedergeschwindigkeitsverdichters und
zweier anderer einstufiger transsonischer Verdichter durchgeführt.
Die Umfangsnut funktionierte in allen untersuchten Fällen. Sie kann daher als aerodynamisch
robust bezeichnet werden. Im Vergleich zu anderen CT-Bauformen war die Pumpgrenzerweiterung
zwar nur moderat. Durch Mehrfachnuten oder umfangsdiskrete Bauformen hätten größere
Steigerungen des nutzbaren Arbeitsbereiches erreicht werden können. Allerdings lieferte
die Umfangsnut gleichzeitig einen leicht gesteigerten Wirkungsgrad. Weitere Vorteile sind die
einfache Geometrie und geringe Größe.
Durch die Gehäusestrukturierung konnten sowohl Wirkungsgrad als auch Arbeitsbereich ohne
gleichzeitige Modifikation der Schaufelgeometrie in für die Anwendung in Flugtriebwerken relevanten
Maßen gesteigert werden. Bei der nicht-achsensymmetrischen Endwandkonturierung
war dies nicht der Fall. Hier ließen sich in Kombination mit einer Anpassung der Blattwinkel
beim Rotor sowie einer kompletten Schaufelneugestaltung beim Stator wesentlich bessere
Ergebnisse erzielen als ohne. Die Eignung zur Unterdrückung von wandnahen Rezirkulationsgebieten,
welche durch 3D-Gestaltungsmethoden allein nicht behoben werden konnten, wurde
anhand von 3D-CFD-Simulationen demonstriert. Der Nutzen der Konturierung liegt allerdings
nicht nur in der direkten Unterdrückung der Querkanal- oder anderer Sekundärströmungsphänomene,
sondern allgemeiner formuliert in der zusätzlichen Möglichkeit zur Beeinflussung der
statischen Druckverteilung in Wandnähe.
Durch die Loslösung der Druckverteilung von der Verdichterschaufel bietet sich innerhalb gewisser
Grenzen beispielsweise die Möglichkeit, bei mindestens gleichem Wirkungsgrad eine nach
Kosten- oder Gewichtsaspekten optimierte Schaufelgeometrie zu wählen. Da die jeweils beste
Strategie bei der Applikation von nicht-achsensymmetrischer Endwandkonturierung in Axialverdichtern
von Fall zu Fall variiert, kann an dieser Stelle keine allgemeingültige Regel angegeben
werden. Der Beitrag der vorliegenden Arbeit besteht darin, einige der Möglichkeiten sowie die
jeweiligen Verbesserungspotenziale aufzuzeigen.
Für weiterführende Untersuchungen ergeben sich verschiedene Fragestellungen, welche auf den
hier diskutierten Ergebnissen aufbauen: Die experimentelle Untersuchung einer Schaufelreihe
mit 3D-Konturierung relativ zu einer Variante mit achsensymmetrischen Endwänden ist notwendig,
um die in den Simulationen festgestellte Unterdrückung von wandnahen Ablöseerscheinungen
zu validieren. Aufgrund der höheren Relevanz für die spätere Anwendung sollten
diese Tests mit einem Hochgeschwindigkeitsverdichter durchgeführt werden. Der Test würde
auch Informationen zu den Leistungen der Konturierung bei Teillastbetrieb liefern. Eine entsprechende
numerische Untersuchung bei Teillast sowie eine systematische Variation der Machund
Reynoldszahlen bieten sich ebenfalls an. Einen anderen wichtigen Themenbereich für weitere
Studien stellt die Weiterentwicklung des Konturierungs-Auslegungsprozesses dar. Konkrete
Fragestellungen könnten sich auf die durch die gewählte Parametrisierung eventuell vorhande-
96 Teil VI. Fazit