T.J. Uihlein, U. Großmann

Im April 2010 brach auf Island der Vulkan Eyjafjallajökull aus und verursachte mit seiner Aschewolke einen wiederholten und längeren Ausfall von größeren Teilen des europäischen Luftverkehrs. Während im europäischen Bereich aufgrund relativ seltener Vulkanausbrüche wenig Erfahrung zum Einfluss von Vulkanasche auf Flugtriebwerke vorlag, gab es im asiatisch/amerikanischen Raum nach Vorfällen mit Flugzeugen in Indonesien (1982 Mt. Galunggung) und in Alaska (Mt. Redoubt 1989 und Mt. Spurr 1992) deutlich mehr Untersuchungen [1]. Eine dieser [2] sagte aus, dass Vulkanasche (VA) viermal so abrasiv wie normaler Sand im Verdichter wirken soll. Die Verdichterbeschaufelung wird durch Sand oder Vulkanasche abrasiv abgetragen und verändert sich in ihren geometrischen Abmaßen und in der Oberflächenrauheit. Beide Effekte führen zu einer Verminderung der aerodynamischen Effizienz, zu höheren Treibstoffverbräuchen und letztendlich bei nicht rechtzeitigem Austausch der Beschaufelung zu mechanischen Beschädigungen des Verdichters. In der Turbine kommt es dagegen aufgrund der hohen Temperaturen zum Aufschmelzen der Vulkanasche, die an der Oberfläche der Beschaufelung haften bleibt und zu einer Verblockung der aerodynamischen Querschnitte führt. Ein weiterer Effekt ist, dass bei gekühlten Turbinenschaufeln, die Kühlluftbohrungen verstopft werden können, und es damit zu Überhitzung der Schaufeln und Ausfall der Turbine kommen kann. Um speziell die Auswirkungen von VA im Verdichterbereich zu untersuchen, wurde von MTU ein Erosionsrig adaptiert und Erosionsuntersuchungen mit verschiedenen Testsanden und VA an verschiedenen Verdichterwerkstoffen und einer Schutzschicht vergleichend durchgeführt. Dazu wurden die Parameter Auftreffwinkel, Strömungsgeschwindigkeit und Temperatur systematisch variiert. Die VA stammte aus Island und wurde kurze Zeit nach dem Ausbruch von der Universität in Reykjavik und Mitarbeitern einer isländischen Fluglinie eingesammelt. Die Erosions-Ergebnisse zeigten, dass diese VA je nach Versuchsbedingungen wesentlich abrasiver oder auch weniger abtragend als Sand wirken kann. Die unterschiedlichen Befunde können mit der Morphologie der VA korreliert werden. Die Versuche stellen einen ersten Schritt für ein besseres Verständnis des Einflusses von VA auf den Verdichter dar und müssen noch auf das Gesamttriebwerk skaliert werden. Schutzschichten können den Erosionsangriff im Verdichter deutlich reduzieren.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2011

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 14 Seiten

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress Tagungsband - Manuskripte, 2011, 2011; S.827-840; 2011; Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn

NA

vulkanasche, erosion

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2011