ISBN 9783843909372

978-3-8439-0937-2, Reihe Luftfahrt

Friederike Schirmeister
Untersuchungen zum Einfluss der Betriebsbedingungen auf die Leistungsverschlechterung von Turboluftstrahltriebwerken

117 Seiten, Dissertation Universität Stuttgart (2013), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Durch Abnutzung der Triebwerksbauteile nimmt die Leistung von Turboflugtriebwerken über die Betriebsdauer ab. Insbesondere durch Ablagerungen, Erosion und Korrosion werden die Schaufeln in Verdichter und Turbine geschädigt. Die Profilformen sowie die Güte der Oberflächen werden durch diese Alterungsmechanismen geschädigt. Durch die Veränderung der Bauteilzustände kommt es zu einer Reduktion der Komponentenwirkungsgrade und Durchsatzparameter. Da unabhängig von der Betriebsdauer der geforderte Schub erzielt werden muss, zeigt sich die Triebwerksalterung in einem erhöhten spezifischen Brennstoffverbrauch. Dies führt zu erhöhten Temperaturen und Drücken im Triebwerk, welche den Fortschritt der Alterung der Bauteile intensiviert. Der Verlauf der Triebwerksalterung ist dabei abhängig von den Umwelt- und Betriebsbedingungen, denen ein Triebwerk ausgesetzt ist. Die thermo-mechanische Belastung auf ein Triebwerk ist am größten, wenn der maximale Startschub erreicht ist. Zudem haben Umweltbedingungen durch die geringe Bodennähe hier ihren größten Einfluss. Die Möglichkeit zur Vorhersage des Alterungsverhaltens eines Flugtriebwerks ist hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit für den Triebwerkshersteller von großer Bedeutung. Hierzu zählt neben der betriebsunabhängigen Prognose für eine Flotte an Triebwerken insbesondere die Beurteilung, ob sich eine Abgrenzung von Betreibern aufgrund unterschiedlicher Umwelt- und Betriebsbedingungen vornehmen lässt und welchen Einfluss diese haben.

In der vorliegenden Arbeit wird daher ein Alterungsmodell vorgestellt, welches in der Lage ist, Umwelt- und Betriebsbedingungen mit identifizierten Alterungsmechanismen und den daraus resultierenden Bauteiländerungen zu verknüpfen. Eine anschließende Leistungssyntheserechnung ermöglicht das Erstellen zeitlicher Verläufe globaler Leistungsparameter. Dabei basiert das vorgestellte Alterungsmodell auf einer am Institut für Luftfahrtantriebe entwickelten Methodik zur Abbildung von Bauteilzuständen in der Leistungsrechnung. Eine Gewichtung der Flugzyklen bildet die Verknüpfung der Umwelt- und Betriebsbedingungen mit den Änderungen der Bauteilmerkmale.

Am Beispiel von Zweiwellen-Zweistrom-Turboluftstrahltriebwerken für Kurzstreckenflugzeuge werden betreiberspezifische Betrachtungen durchgeführt.