M. Restemeier, J. Niewöhner, T. Pöhler, P. Jeschke

Im Rahmen der Neuinstrumentierung einer 1,5-stufigen Versuchsturbine wurde am Institut für Strahlantriebe und Turboarbeitsmaschinen eine neue, pneumatisch messende Sonde ausgelegt. Besonderheit ist die Bauform, die im Vergleich zur üblichen Kugelkopfform eine nach innen gewölbte Anordnung der Messbohrungen aufweist. Diese liegen in einem Keil mit 120° Öffnungswinkel. Der Querschnitt der Sonde passt somit in einen Kreis von 4mm Durchmesser. Um die Entwicklungszeit kurz zu halten, wurden numerische Vorstudien und eine komplette numerische Kalibrierung der Sonde anhand eines 3D-CAD-Modells durchgeführt. Die Kalibrierung umfasste dabei den angestrebten Machzahl und Winkelbereich. Dabei wurden akzeptable Sensitivitäten in Dreh- und Nickwinkel errechnet. Ebenso konnten die Kalibrierdaten mit den bisherigen gebauten Sonden in der herkömmlichen Bauart verglichen werden. Nach der Fertigung der Sonde anhand eines CAD/CAM Prozesses auf einer mehrachsigen Fräsmaschine wurde die Sonde im Freistrahl des Instituts kalibriert und die Daten der Kalibrierung auf Plausibilität geprüft. Beim Betrachten der charakteristischen Eichflächen der Sonde waren zunächst keine Auffälligkeiten erkennbar. Erst eine detaillierte Untersuchung der Kennfelder mit Hilfe eines verfeinerten Messgitters um die Nullposition zeigt lokal starke Abweichungen zwischen Messpunkten und Kalibrierfunktion. Die Drücke der seitlichen Bohrungen nehmen nicht monoton mit dem Drehwinkel zu bzw. ab, sondern zeigen reproduzierbar nicht monotones Verhalten. Die maximalen Abweichungen zwischen Polynom und Messwert treten hier nicht wie üblich am Rand des Winkelbereichs auf, sondern rund um den Nullpunkt. Damit ist diese Bauart der Sonde für den praktischen Einsatz in der Strömungsmessung nicht geeignet. Ursache für die beobachteten Verläufe sind Strömungsablösungen an den seitlichen Bohrungen, die in der Numerik so nicht vorhergesagt werden. Es folgt die Feststellung, dass mit den zur Verfügung stehenden numerischen Methoden eine Unsicherheit bei der Sondenauslegung verbleibt, deren Effekt erst nach Fertigung und Versuch bestimmt werden kann.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2010

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 9 Seiten

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress Tagungsband - Manuskripte, 2010, 2010, ; S.421-429; 2010; Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn

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