Das DLR-UHBR Rig (siehe Abbildung 1) wurde 2008 erfolgreich am Verdichterprüfstand M2VP in Betrieb genommen und gilt als repräsentativ für einen untersetzten, d.h. langsam drehenden Fan eines Hochbypasstriebwerks mit einem Nebenstromverhältnis jenseits von 12. Ziel dieses aus dem EU-Projekt Silencer und unter der Leitung von Snecma abgeleiteten DLR-Entwurfs war dabei eine Limitierung der relativen Blattspitzenmachzahl auf Ma<1,05 bei gleichzeitiger Steigerung der Massenstromdichte um ca. 20% zur Reduktion des Installationswiderstandes. Im Rahmen der ersten Inbetriebnahme wurde zunächst der aerodynamische Entwurf anhand von Kennfeldmessungen über den gesamten relevanten Drehzahlbereich bestätigt (Abbildung 2). In weiteren Messkampagnen erfolgte dann sukzessive der Einsatz weiterer Messtechniken wie PIV, Hitzdraht, FRAP-Sonden und instationär messende Druckaufnehmer im Gehäuse über dem Rotor, wie beispielhaft in Abbildung 2 dargestellt. Ziel dieser größtenteils grundfinanzierten Untersuchungen war dabei die weiterführende Validierung der Auslegungscharakteristika wie z.B. der komplexen Lage des Stoßsystems in der Rotorpassage. Abbildung 3 zeigt ein aus den zeitgenauen statischen Druckmessungen rekonstruiertes Strömungsbild, in dem neben den saugseitigen Expansionsgebieten auf der Schaufel die Lage des Spaltwirbels deutlich zu erkennen ist. Die ebenfalls dargestellten numerischen Daten bestätigen diesen Verlauf und dokumentieren beispielhaft die Qualität der erzielten Ergebnisse. Neben den beschriebenen aerodynamisch motivierten Untersuchungen wurde das DLR-UHBR Rig darüber hinaus zur Anwendungsdemonstration verschiedener Technologien aus dem Bereich der Akustik und Aeroelastik verwendet. In diesem Kontext wurde der Einsatz einer Einblasung nahe der Rotorhinterkante zur aktiven Beeinflussung der Geräuschemission erfolgreich demonstriert (LuFo-Projekt NasGeT, Leitung durch die Abteilung Triebwerksakustik). Ausgewählte Schaufeln des in Blisk-Bauweise gefertigten Rotors wurden mit Piezo-Folien zum Schwingen angeregt und mit ebenfalls auf den Schaufeln applizierten Drucksensoren die aeroelastische Antwort gemessen. (LuFo-Projekt Blides, Kooperation mit dem Institut für Aeroelastik und der MTU Aeroengines). Das Verfahren IPCT zur optischen Messung von Schaufeldeformationen wurde am DLR-UHBR Rig erstmalig in einer triebwerksrelevanten Umgebung erprobt (DLR-Projekt Samurai, Kooperation mit dem Institut für Aerodynamik und Strömungsmechanik und der Abteilung Triebwerksmesstechnik des Instituts für Antriebstechnik).
Abbildung 1: Schnittzeichnung der DLR-UHBR Fanstufe mit Standardinstrumentierung zur Kennfeldmessung
Abbildung 3: Rekonstruktion des statischen Druckfeldes über dem DLR-UHBR Rotor aus zeitgenauen Kulite-Messungen (links) und Vergleich mit den Simulationsergebnissen im Teillastbetrieb (rechts)
Ausgewählte Publikationen:
Meillard, L., Schnell, R. und Meyer, R.: Time resolved pressure and velocity measurements of the DLR UHBR-Fan and comparison with simulation data, 62. Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress, 10.-12. September 2013, Stuttgart, 2013
Kaplan, B.: Design of an Advanced Fan Stage with Ultra High Bypass Ratio and Comparison with Experimental Results, Dissertation, Fakultät für Maschinenbau der Ruhr-Universität Bochum, 2010, ISSN 1434-8454, auch DLR-FB-2010-20
Giebmanns, A., Schmitz, A., Nicke, E., Schnell, R. und Dabrock, T.: Experimentelle und numerische Untersuchungen an einem UHBR-Fan, Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress, 08.-10. Sept. 2009, Aachen, Deutschland, September 2009
Schnell, R., Giebmanns, A., Nicke, E. und Dabrock, T.: Aerodynamic Analysis of a Fan for Future Ultra-High-Bypass-Ratio Aeroengines, ISABE Paper, 19th ISABE Conference Montreal/Canada, September 2009
Weitere Veröffentlichungen finden Sie in der Veröffentlichungsliste der Abteilung Fan und Verdichter.