Teilprojekt A6 Ausmischung und Brennersignatur

Brennkammerstörungen beeinflussen die Eigenschaften eines Flugtriebwerks, zum Beispiel durch eine reduzierte Leistung, als auch durch eine zunehmende Bauteilbelastung der stromabwärtsliegenden Turbine. Die Ausmischung der Störung wird durch turbulente diffusive Prozesse bestimmt. Diese sind in der Brennkammer und der Turbine einer besonderen Komplexität unterworfen, die sich aus den Randbedingungen in der Brennkammer bzw. in den Strömungskanälen zwischen den Turbinenschaufeln ergeben. Hierfür wird der Ansatz der komplexen Diffusion entwickelt, der in Verbindung mit der für Flugtriebwerke üblichen gemittelten RANS-Modellierung eine vereinfachte Abschätzung der turbulenten Ausmischung erlaubt. Zur Überprüfung des Konzepts wird die Ausmischung eines manipulierten Teilstromes in turbulenten Verbrennungsanlagen verschiedener Komplexität sowohl experimentell mittels laserdiagnostischer Methoden, als auch numerisch mittels CFD untersucht. Hierbei kann der Verbrennungsprozess gezielt hinsichtlich Strömungsgeschwindigkeit, Temperatur oder Abgaskonzentration "gestört" werden.

Im weiteren Verlauf des Projektes wird die ermittelte Modellierung beispielhaft auf den Brennerkammerbereich der realen Triebwerksbrennkammer angewandt, um hier die Ausmischung einer Störung realistischer zu berechnen, ohne den Rechenaufwand gegenüber der RANS-Methodik zu steigern. Um dies auch in der nachfolgenden Turbine zu erproben, wird das entwickelte Modell der komplexen Diffusion an A3 übergeben und dort für die RANS-Berechnung der Turbine eingesetzt. Die verbesserte Modellierung wird mit den Ergebnissen der BOS-Dichtemessungen hinter dem Triebwerk verglichen. Die Auswirkung der komplexen Ausmischung von Brennkammerstörungen beeinflusst auch die Mustererkennungsmethodik, die für eine automatisierte Zuordnung von Messmustern auf eine Schadensbibliothek nötig ist. Mithilfe einer realistischen Abschätzung der Ausmischung wird angestrebt, die kleinsten detektierbaren Brennkammerstörungen abzuschätzen. Die Berechnung der reaktiven Prozesse in Brennkammern ist auch für andere Flugtriebwerke und stationäre Gasturbinen von Interesse und ermöglicht entsprechend Transferprojekte. Dies gilt auch für die Methodik zur Beschreibung der Ausmischung von Störungen.