Untersuchungen zum Betriebsverhalten gemischter Abgassysteme in Luftstrahltriebwerken unter Höhenbedingungen
Seiten
2012
|
1., Auflage
Winter Industries (Verlag)
978-3-86624-568-6 (ISBN)
Winter Industries (Verlag)
978-3-86624-568-6 (ISBN)
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In der vorliegenden Arbeit wird das Betriebsverhalten gemischter Abgassysteme von Turboflugtriebwerken mit besonderer Beachtung des Einflusses der Reynolds-Zahl untersucht. Anhand der Analyse eines ausgeführten Abgassystems kann gezeigt werden, dass das Reynolds-Zahl Niveau in gemischten Abgassystemen im Wesentlichen vom Betriebspunkt des Triebwerks innerhalb der Flugenvelope abhängt. Dabei treten die höchsten Werte im Startfall und die niedrigsten Werte im Leerlauf mit dem Unterschied von einer Größenordnung auf. Im installierten Triebwerk werden im Vergleich zum Versuch durch den Maßstab grundsätzlich die höchsten Reynolds-Zahlen erreicht. Ein signifikanter Unterschied besteht zwischen Druckbetrieb und Saugbetrieb bei Prüfstandsversuchen, da sich in beiden Fällen sowohl unterschiedliche Druckniveaus als auch andere Verläufe der Reynolds-Zahl über das Druckverhältnis NDDV einstellen. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, die Übertragbarkeit der Leistungskenngrößen eines Abgassystems zwischen verschiedenen Betriebs- und Versuchsbedingungen zu überprüfen. In diesem Zusammenhang wird die Vereinbarung getroffen, dass sich alle Untersuchungen auf die Reynolds-Zahl im Kernstrom beziehen.
In der Arbeit wird die Entwicklung eines Prüfstands zur Bestimmung der Düsenkoeffizienten gemischter Abgassysteme vorgestellt. Mit diesem ist es neben der Bestätigung bekannter Kennfelder gelungen, das Verhalten der Düsenkoeffizienten in Abhängigkeit vom Reynolds-Zahl Niveau zu beurteilen. Dabei wird die Annahme bestätigt, dass durch die geringeren Grenzschichtverluste bei höheren Reynolds-Zahlen die Koeffizienten höhere Werte annehmen. Anhand der experimentellen Ergebnisse wird zudem festgestellt, dass die Änderungen zwischen den verschiedenen Betriebspunkten bis zu einer Größenordnung kleiner sind, als die doppelte Standardabweichung der Messergebnisse. Ein Abgleich der experimentellen Ergebnisse mit einer numerischen Simulation bestätigt die Messungen.
Der Einfluss der Reynolds-Zahl Variation auf die Düsenkoeffizienten ist unabhängig davon, ob das Temperatur- oder Druckniveau verändert wird. Das bedeutet, dass auch der Mischprozess im untersuchten Abgassystem davon nicht beeinflusst wird. Bezüglich der Reynolds-Zahl Abhängigkeit der Koeffizienten kann ein kritischer Reynolds-Zahl Bereich zwischen 200.000 und 300.000 identifiziert werden. Reynolds-Zahl Variationen oberhalb dieses Bereichs haben keinen signifikanten Einfluss auf die Düsenkoeffizienten. Unterhalb dieses Bereichs wirken sich jedoch schon kleine Verschiebungen im Druck- oder Temperaturniveau auf die Effizienz des Abgassystems aus.
Anhand von numerischen Studien und in Verbindung mit experimentellen Ergebnissen kann eine eindeutige analytische Abhängigkeit des Reynolds-Zahl Einflusses vom Reynolds-Zahl Niveau erstellt werden. Daraus werden im Wesentlichen zwei Erkenntnisse abgeleitet. Die Reynolds-Zahlen während einer Flugmission liegen stets oberhalb des identifizierten kritischen Bereichs. Die Werte der Düsenkoeffizienten sind daher mit einer maximalen Abweichung von unter 0,1 % untereinander übertragbar. Bei der Übertragung von Ergebnissen aus Modellversuchen im Maßstab 1:5 auf eine Flugmission sind dagegen Korrekturen bis 0,3 % notwendig.
Die Analyse bekannter und der in dieser Arbeit erstellten Kennfelder von gemischten Abgassystemen hat zu der Erkenntnis geführt, dass die darin dargestellten Ergebnisse abhängig von der Reynolds-Zahl sind. Die Darstellung der Werte in der Literatur erfolgt aber ohne Hinweis auf diese Abhängigkeiten. Die Größe der notwendigen Korrekturen bezogen auf einen Referenzpunkt sind abhängig davon, bei welchem Versuchsmodus und bei welchen Betriebsbedingungen die Ergebnisse erzielt werden. Die größten Abweichungen innerhalb des Kennfelds ergeben sich bei hohen Temperaturverhältnissen und gleichzeitig niedrigen Düsendruckverhältnissen. Als Referenzpunkt, auf den die Werte korrigiert werden, gilt der Betriebspunkt bei Reiseflugbedingungen. Bei ungünstiger Kombination aller Reynoldszahleinflüsse sind Korrekturen der Leistungskenngrößen innerhalb eines Kennfelds in der Größenordnung von 0,3 % notwendig.
In der Arbeit wird die Entwicklung eines Prüfstands zur Bestimmung der Düsenkoeffizienten gemischter Abgassysteme vorgestellt. Mit diesem ist es neben der Bestätigung bekannter Kennfelder gelungen, das Verhalten der Düsenkoeffizienten in Abhängigkeit vom Reynolds-Zahl Niveau zu beurteilen. Dabei wird die Annahme bestätigt, dass durch die geringeren Grenzschichtverluste bei höheren Reynolds-Zahlen die Koeffizienten höhere Werte annehmen. Anhand der experimentellen Ergebnisse wird zudem festgestellt, dass die Änderungen zwischen den verschiedenen Betriebspunkten bis zu einer Größenordnung kleiner sind, als die doppelte Standardabweichung der Messergebnisse. Ein Abgleich der experimentellen Ergebnisse mit einer numerischen Simulation bestätigt die Messungen.
Der Einfluss der Reynolds-Zahl Variation auf die Düsenkoeffizienten ist unabhängig davon, ob das Temperatur- oder Druckniveau verändert wird. Das bedeutet, dass auch der Mischprozess im untersuchten Abgassystem davon nicht beeinflusst wird. Bezüglich der Reynolds-Zahl Abhängigkeit der Koeffizienten kann ein kritischer Reynolds-Zahl Bereich zwischen 200.000 und 300.000 identifiziert werden. Reynolds-Zahl Variationen oberhalb dieses Bereichs haben keinen signifikanten Einfluss auf die Düsenkoeffizienten. Unterhalb dieses Bereichs wirken sich jedoch schon kleine Verschiebungen im Druck- oder Temperaturniveau auf die Effizienz des Abgassystems aus.
Anhand von numerischen Studien und in Verbindung mit experimentellen Ergebnissen kann eine eindeutige analytische Abhängigkeit des Reynolds-Zahl Einflusses vom Reynolds-Zahl Niveau erstellt werden. Daraus werden im Wesentlichen zwei Erkenntnisse abgeleitet. Die Reynolds-Zahlen während einer Flugmission liegen stets oberhalb des identifizierten kritischen Bereichs. Die Werte der Düsenkoeffizienten sind daher mit einer maximalen Abweichung von unter 0,1 % untereinander übertragbar. Bei der Übertragung von Ergebnissen aus Modellversuchen im Maßstab 1:5 auf eine Flugmission sind dagegen Korrekturen bis 0,3 % notwendig.
Die Analyse bekannter und der in dieser Arbeit erstellten Kennfelder von gemischten Abgassystemen hat zu der Erkenntnis geführt, dass die darin dargestellten Ergebnisse abhängig von der Reynolds-Zahl sind. Die Darstellung der Werte in der Literatur erfolgt aber ohne Hinweis auf diese Abhängigkeiten. Die Größe der notwendigen Korrekturen bezogen auf einen Referenzpunkt sind abhängig davon, bei welchem Versuchsmodus und bei welchen Betriebsbedingungen die Ergebnisse erzielt werden. Die größten Abweichungen innerhalb des Kennfelds ergeben sich bei hohen Temperaturverhältnissen und gleichzeitig niedrigen Düsendruckverhältnissen. Als Referenzpunkt, auf den die Werte korrigiert werden, gilt der Betriebspunkt bei Reiseflugbedingungen. Bei ungünstiger Kombination aller Reynoldszahleinflüsse sind Korrekturen der Leistungskenngrößen innerhalb eines Kennfelds in der Größenordnung von 0,3 % notwendig.
| Reihe/Serie | Dissertation Premium ; 1668 |
|---|---|
| Verlagsort | Berlin |
| Sprache | deutsch |
| Maße | 150 x 210 mm |
| Gewicht | 170 g |
| Einbandart | Paperback |
| Themenwelt | Technik ► Luft- / Raumfahrttechnik |
| Schlagworte | Abgassystem • Betriebsverhalten • Höhenbedingungen • Luftstrahltriebwerk • Mischer |
| ISBN-10 | 3-86624-568-8 / 3866245688 |
| ISBN-13 | 978-3-86624-568-6 / 9783866245686 |
| Zustand | Neuware |
| Informationen gemäß Produktsicherheitsverordnung (GPSR) | |
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