Forschen am Puls der Zeit
Die Professur ist in verschiedene Forschungskreise eingebunden. Neben den eher typischen Anwendungen, wie der Niedergeschwindigkeitsaerodynamik mit Gitter- und Maschinenversuchen, beschäftigen wir uns mit der Untersuchung von Strömungen in Dichtungen und anderen Bauelementen, mit Probabilistik (übergreifend über Flugtriebwerke) und der Anwendung numerischer Verfahren in Turbomaschinen.
Forschungsschwerpunkte
Aerodynamik, Aeroelastik und Kühlung in Turbomaschinen
Die Untersuchung der Aerodynamik von Turbinen- und Verdichter-Beschaufelungen bildet die historische Grundlage des Lehrstuhls. Für die experimentelle Analyse unterschiedlicher Beschaufelungen mit dem Schwerpunkt des Verständnisses der Sekundärströmungen stehen mehrere Gitterwindkanäle im subsonisch bis transsonischen Geschwindigkeitsbereich zur Verfügung. Der vierstufige Niedergeschwindigkeitsverdichter (NGV) bietet darüber hinaus exzellente Möglichkeiten zur Untersuchung von neuartigen Beschaufelungen, Strömungsbeeinflussungskonzepten und dem Verhalten an der Betriebsgrenze im mehrstufigen Verbund.
Die Aeroelastik von Turbomaschinenkomponenten ist ein neueres Forschungsgebiet am Lehrstuhl dem sich mit experimentellen und numerischen Methoden gewidmet wird.
Die effiziente Kühlung hochbelasteter Turbinenschaufeln ist die Grundlage für hohe Wirkungsgrade in Gasturbinen und Flugtriebwerken. Die Arbeiten an der Professur untersuchen die Plattformfilmkühlung von Leitreihen unter Einfluss von Sekundärströmungen im Gitterwindkanal und die Interaktion von interner Kühlung und Filmkühlung in einem geraden Plattenfilmkühlkanal.
Ansprechpartner für alle Prüfstände und die zugehörigen Forschungsprojekte: Dr. Martin Lange
Probabilistik
Aus Gründen der Sicherheit, Ökologie und Wirtschaftlichkeit werden an moderne Gasturbinen immer höhere Anforderungen gestellt. Dadurch sind die Entwickler dieser Maschinen gezwungen, näher an die Grenzen der Werkstoffbelastung zu gehen. Um dennoch bereits bei der Komponentenentwicklung Aussagen über Betriebssicherheit und Lebensdauer derartiger Strukturen machen zu können, sind Computersimulationen des Beanspruchungsverhaltens unerlässlich.
Traditionell handelt es sich bei diesen Computersimulationen um deterministische Simulationen, bei welchen die Unsicherheiten mit Hilfe von Sicherheitsfaktoren oder konservativen Annahmen in jedem Auslegungsschritt berücksichtigt werden. Die Auswirkungen dieser Sicherheitsfaktoren übersteigen den Einfluss aufwendig simulierter Effekte teilweise um Größenordungen. Außerdem ist es auf Grund der Komplexität der behandelten Strukturen (aerodynamische, kühlungstechnische, werkstoffwissenschaftliche und strukturmechanische Gesichtspunkte) oftmals schwierig zu entscheiden, welche Annahmen in den einzelnen Auslegungsschritten bezüglich des Gesamtverhaltens der zu untersuchenden Struktur wirklich als gesichert gelten können.
Mit Hilfe von probabilistischen Analyseverfahren ist es möglich, die stochastische Natur der maßgeblichen Modellparameter zu berücksichtigen. Dabei wird die Aussagefähigkeit der Analyse von einer deterministischen Punktlösung auf das wahrscheinliche Verhalten des Bauteils unter Betrachtung möglicher Geometrietoleranzen und Belastungsvariationen erweitert. Als Ergebnis erhält man die statistische Verteilung der Ergebnisgrößen. Weiterhin bekommt man wichtige Hinweise zur Sensitivität und Robustheit der Struktur bezüglich der berücksichtigten stochastischen Eingabeparameter. Mit Hilfe der probabilistischen Untersuchungsmethoden kann auf diese Weise numerisch Erfahrungen über das "Verhalten" der Turbinenschaufel schon während der Entwicklungsphase gesammelt werden. Diese Erfahrungen können sonst nur mit realen Maschinen ermittelt werden
Ansprechpartner für Probabilistik-Projekte: Dr. Matthias Voigt