 | Pardowitz B. Rotierende Instabilität in Axialverdichtern: experimentelle Evaluation einer neuen Enstehungshypothese: Diss. … Dr.-Ing. / Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Antriebstechnik, Abteilung Triebwerksakustik, Berlin. – Köln: DLR, 2018. - XIII, 225 S.: Ill. - (Forschungsbericht; 2018-08). - Res. auch engl. - Literaturverz.: S.213-225.
- ISSN 1434-8454
Шифр: (Pr 1120/2018-8) 02
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1 Einleitung, Ziel und Struktur der Arbeit ................... 1
1.1 Einleitung ................................................. 2
1.2 Rotierende Instabilität (RI) ............................... 3
1.2.1 Axialverdichter ..................................... 6
1.2.2 Radialverdichter ................................... 13
1.2.3 Hoch- und Niederdruckturbinen ...................... 15
1.2.4 Abgrenzung zu Rotierender Ablösung ................. 18
1.2.5 Relevanz in verschiedenen Fachbereichen ............ 23
1.2.6 Existierende Erklärungsansätze ..................... 25
1.3 Ziele der Arbeit .......................................... 29
1.4 Aufbau der Arbeit ......................................... 30
2 Rl-Hypothese und Modellbildung ............................ 33
2.1 Scherschicht-Entstehungshypothese ......................... 34
2.1.1 Freie Scherschichten ............................... 35
2.1.2 Wandgebundene Scherschichten ....................... 38
2.2 Modellbildung ............................................. 41
2.2.1 Mathematische Formulierung ......................... 42
2.2.2 Validierung mit einer Blasius-Grenzschicht ......... 44
2.2.3 Parameterstudie der Stabilitätsanalysen ............ 46
3 Stator-Experimente ........................................ 49
3.1 Versuchsaufbau ............................................ 50
3.1.1 Ringgitter (isolierter Stator) ..................... 50
3.1.2 Druckluftversorgung/Peripherie ..................... 53
3.1.3 Aerodynamisches Kennfeld ........................... 53
3.1.4 Sensorkonfiguration ................................ 55
3.1.5 Synchronisierte optische Messtechnik ............... 58
3.2 Ergebnisse am Stator ...................................... 61
3.2.1 Charakterisierung der Phänomene .................... 61
3.2.2 Variation der Anströmmachzahl ...................... 67
3.2.3 Variation des Anströmwinkels ....................... 68
3.2.4 Räumliche Ausdehnung der RI ........................ 68
3.2.5 Variation der Spaltweite ........................... 70
3.2.6 Modale Umlaufgeschwindigkeiten ..................... 72
3.2.7 Zeitaufgelöste Eigenschaften ....................... 73
3.2.8 Modale Auto- und Kreuzkorrelationen ................ 78
3.3 'Modale Events' ........................................... 81
3.3.1 Analysemethoden zur RI-Detektion ................... 81
3.3.2 RI-getriggerte Eigenschaften ....................... 87
3.3.3 Ringdarstellungen der RI-Moden ..................... 90
3.3.4 Visualisierung der RI-Wirbelstrukturen ............. 94
4 Rotor-Experimente ........................................ 105
4.1 Versuchsaufbau ........................................... 106
4.1.1 Axiale Fanstufe (Rotor-Stator) .................... 107
4.1.2 Aerodynamisches Kennfeld .......................... 109
4.1.3 Sensorkonfiguration ............................... 112
4.1.4 Hitzdrahtmesstechnik .............................. 114
4.2 Ergebnisse am Rotor ...................................... 115
4.2.1 Charakterisierung der Phänomene ................... 116
4.2.2 Variation der Drehzahl ............................ 120
4.2.3 Variation des Betriebspunktes ..................... 121
4.2.4 Variation der Blattanzahl ......................... 123
4.2.5 Konfiguration mit Deckband ........................ 125
4.2.6 Modale Umlaufgeschwindigkeiten .................... 129
4.2.7 Eigenschaften im Fernfeld ......................... 131
4.2.8 Zeitaufgelöste Eigenschaften ...................... 137
4.2.9 Modale Auto- und Kreuzkorrelationen ............... 138
4.2.10 RI-induzierte Strömung ............................ 143
4.3 'Modale Events' .......................................... 150
4.3.1 Getriggerte Eigenschaften ......................... 150
4.3.2 Ringdarstellung der RI-Moden ...................... 155
4.3.3 RI-induzierte Strömungsstrukturen ................. 160
5 Ergebnisdiskussion, Fazit und Ausblick ................... 163
5.1 Diskussion der Ergebnisse ................................ 164
5.2 Fazit .................................................... 175
5.2.1 Plausibilität der Scherschichthypothese ........... 176
5.2.2 Methode zur Detektion 'Modaler Events' ............ 179
5.3 Ausblick ................................................. 181
A Anhang ................................................... 185
A.l Aktive/Passive RI-Beeinflussung .......................... 186
A.l.l Realisierung am Stator: Aktiv .................... 187
A.l.2 Realisierung am Stator: Passiv .................... 190
A.2 Resonanzen am Ringgitter ................................. 192
A.2.1 Versuchsaufbau der Vorstudie ..................... 193
A.2.2 Auswertung und Ergebnisvergleich .................. 194
A.3 Analysemethoden .......................................... 201
A.3.1 Signalanalysen .................................... 201
A.3.2 Azimutalmodenanalysen ............................. 203
A.4 Schallausbreitung in Kanälen ............................. 205
Abkürzungen und Formelzeichen ................................. 209
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