C. Tiedemann, D. Peitsch, S. Steinberg, R. King

Ein linearer Kaskadenprüfstand mit hochbelasteten Verdichterstatoren zur Untersuchung von Methoden aktiver Strömungskontrolle für den kompressiblen Machzahlbereich wurde am Fachgebiet Luftfahrtantriebe der Technischen Universität Berlin aufgebaut. Die verwendeten CDA-Profile (controlled diffusion airfoils) wurden für hohe Zuström-Machzahlen und realistische Reynolds-Zahlen ausgelegt. Die hohe Belastung der Verdichterschaufeln ergibt sich aus einem sehr großen Umlenkungswinkel von 55°. Mit Hilfe von Ölanstrichbildern wurde die Strömungstopologie auf den Oberflächen des Schaufelprofils visualisiert. Des Weiteren wurden Nachlaufmessungen mit Hilfe einer Fünflochsonde durchgeführt. Die Kaskadenströmung weist im unbeeinflussten Fall starke dreidimensionale Strömungsphänomene auf, die zu erheblichen Verlusten führen und die Verdichterstabilität negativ beeinflussen. In weitergehenden Experimenten werden an der Kaskade die Möglichkeiten untersucht, mit Hilfe aktiven Einblasens von Luft unter Einsatz eines geschlossenen Regelkreises diese Phänomene soweit wie möglich zu reduzieren bzw. zu unterdrücken. Zu diesem Zweck wurde zunächst ein Aktuationsregelkreis zur Erzielung einer symmetrischen Einblasung aufgebaut. Zur Identifikation einer geeigneten Regelgröße für die Kaskadenströmung wurde eine Messschaufel im Bereich des linken Eckenwirbels mit 16 hochauflösenden Drucksensoren ausgestattet. Über den Aktuationsregelkreis wurde die Kaskadenströmung manipuliert, hierbei wurde zunächst eine sinusförmige Anregung angewendet. Über die Druckaufnehmer in der Messschaufel wurde der Einfluss der Aktuation aufgezeichnet. Mit Hilfe einer Hauptkomponentenanalyse der 16 Sensorsignale konnte anschließend eine geeignete Regelgröße ermittelt und physikalisch interpretiert werden.

A linear cascade test rig with highly loaded compressor stators for investigating active flow control methods in the compressible Mach number range was built at the Department of Aeronautical Propulsion at the Technical University of Berlin. The CDA (controlled diffusion airfoils) profiles used were designed for high inflow Mach numbers and realistic Reynolds numbers. The high load on the compressor blades results from a very large deflection angle of 55°. The flow topology on the blade surfaces was visualized using oil-based coatings. Furthermore, wake measurements were performed using a five-hole probe. In the unaffected state, the cascade flow exhibits strong three-dimensional flow phenomena, which lead to significant losses and negatively affect compressor stability. Further experiments on the cascade are investigating the possibilities of reducing or suppressing these phenomena as much as possible by actively injecting air using a closed-loop control system. For this purpose, an actuation control loop was first set up to achieve symmetrical injection. To identify a suitable control variable for the cascade flow, a measuring vane in the region of the left corner vortex was equipped with 16 high-resolution pressure sensors. The cascade flow was manipulated via the actuation control loop, initially using a sinusoidal excitation. The influence of the actuation was recorded via the pressure sensors in the measuring vane. A suitable control variable was then determined and physically interpreted using principal component analysis of the 16 sensor signals.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2012, Berlin

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2012

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 10 Seiten

urn:nbn:de:101:1-201211163958

Aktive Strömungskontrolle, Regelung

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16.11.2012