Abgerundet werden die fanbezogenen Forschungsarbeiten zur Bewertung der unterschiedlichen Fankonzepte durch die im Rahmen des EU-Projektes DREAM durchgeführten Studien bezüglich gegenläufiger offener Rotoren (CROR). Sowohl die Definition der Gesamtspezifikation als auch die Koordination der auslegungsbezogenen Arbeiten mit abschließenden Rig-Versuchen erfolgte durch Snecma. Die in der Abteilung Fan und Verdichter durchgeführten Arbeiten beinhalteten dabei zunächst die Bewertung bzw. Qualifizierung des CFD-Verfahrens TRACE für den Einsatz offener, d.h. nicht-ummantelter Konfigurationen. Beispielhaft dafür ist in Abbildung 2 ein Vergleich der CFD-Ergebnisse mit den am TsaGi mittels druck-sensitiver Farben (PSP) gewonnenen Messdaten dargestellt. Das Ziel der Arbeiten beim DLR war die Definition eines Rig-tauglichen Blattdesigns auf Titanbasis. Dabei wurden gleichzeitig zwei Ziele verfolgt: zum einen die Aufrechterhaltung der hohen Gesamtwirkungsgrade im Cruise-Betrieb, die letztlich den Vorteil des CRORs gegenüber ummantelten Konfigurationen begründen. Zum anderen wurde die Verbesserung der akustischen Eigenschaften im Take-Off angestrebt. Dazu wurde neben einer Vielzahl von geometrischen und fertigungsbedingten Restriktionen eine rein akustisch motivierte Kostenfunktion in die Optimierung integriert, die darauf abzielt, die Wechselwirkung zwischen den beiden Rotoren zu minimieren und die damit verbundene tonale Geräuschemission zu mindern. Die derart erzielte und über die gesamte Richtcharakteristik zu beobachtende Verbesserung des gemeinsamen DLR/Snecma Entwurfs V2.0 gegenüber der zu Beginn des Projektes ausgelegten und ebenfalls vermessenen Referenzkonfiguration V1.1 ist in Abbildung 2 dokumentiert. Neben den reinen Auslegungsarbeiten wurden dabei weiterführende Untersuchungen zur Entwicklung des Blattspitzenwirbels des ersten Rotors und zu Installationseffekten durch den im Falle einer, wie hier betrachteten, Pusher-Konfiguration stromauf liegenden Pylon durchgeführt (s. Abbildung 1 und 4).
Abbildung 1: CROR-Geometrie mit strukturellem Pylon (links) und Schub- und Leistungskoeffizienten mit und ohne Pylon im Vergleich zu den Messungen (rechts)
Abbildung 2: Validierung der aerodynamischen CROR-Ergebnisse: Drehzahlsensitivität des statischen Druckes auf der Druckseite des vorderen Rotors für einen Take-Off Betriebspunkt - Vergleich der am TsAgi aufgenommenen PSP- Daten (links) mit den TRACE-Ergebnissen (rechts)
Abbildung 3: Vergleich der Richtcharakteristik der CROR-Referenzkonfiguration V1.1 mit der aus der Optimierung hervorgegangenen Version V2.0 (Snecma/DLR) – Messergebnisse TsAgi, Summe der Interaktionstöne
Abbildung 4: Zeitabhängiger Verlauf des statischen Druckes an verschiedenen Positionen auf dem Pylon und den Schaufeloberflächen – Ergebnisse der zeitgenauen Vollkranzrechnungen
Ausgewählte Publikationen:
Schnell, R., Yin, J., Voss, C. und Nicke, E.: Assessment and Optimization of the Aerodynamic and Acoustic Characteristics of a Counter Rotating Open Rotor, ASME Journal of Turbomachinery Vol. 134 / 061016-15, November 2012
Guerin, S., Schnell, R. und Becker, R.-G.: Performance and multi-disciplinary design of contra-rotating open rotors, In: Proceedings of the 2012 Propulsion Conference, Progress Towards Open Rotor Propulsion Technology, 21.11.2012, London, Great Britain, November 2012
Schnell, R., Yin, J., Funke, S. und Siller, H.: Aerodynamic and Acoustic Optimization of a Counter Open Rotor with Experimental Verification, AIAA Paper 12-1276913, 18th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference (33rd AIAA Aeroacoustics Conference), Colorado Springs, USA, June 2012
Lepot, I., Schnell, R. und Delattre, G.: Aero-Mechanical Optimization of a Contra-Rotating Open Rotor and Assessment of its Aerodynamic and Acoustic Characteristics, Proceedings of the Institute of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, PIA Article 413695, 2012
Weitere Veröffentlichungen finden Sie in der Veröffentlichungsliste der Abteilung Fan und Verdichter.
Das DLR-UHBR Rig 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.
Mit dem gegenläufigen ummantelten Fan wird die Erhöhung des Fan-Wirkungsgrades erzielt. Zahlreiche theoretische und experimentelle Studien beschäftigen sich mit den aerodynamischen und akustischen Eigenschaften dieses Fan-Konzeptes.
Flugzeugkonzepte mit grenzschichteinsaugenden Antrieben ermöglichen wahrscheinlich eine deutliche Reduktion des schubspezifischen Verbrauchs bei gleicher Triebwerksgröße und –Masse.
Neben den Kernforschungsaktivitäten wurde in der Vergangenheit stets die in der Abteilung erarbeitete Auslegungsexpertise im Fanbereich für die Bereitstellung von Dienstleistungen in verschiedenen Bereichen genutzt.
Im Einzelnen gehören folgende Aufgaben zu den Kernkompetenzen der Arbeitsgruppe: