Technische Universität Graz – Institut für Thermische Turbomaschinen und Maschinendynamik


Der Forschungsschwerpunkt des Instituts für Thermische Turbomaschinen und Maschinendynamik der Technischen Universität ist die Untersuchung von thermischen Turbomaschinen, derzeit vor allem im Bereich der Flugtriebwerke. Dies umfasst sowohl die klassische stationäre und instationäre Aerodynamik als auch das aeroelastische Verhalten von Schaufeln oder den Transport von Schall durch Turbinenstufen. Das Ziel ist die Verbesserung der Methoden zur Vorhersage und Auslegung von Turbomaschinen.


Das Institut für Thermische Turbomaschinen und Maschinendynamik ist seit vielen Jahren ein wertvoller Forschungspartner für die Luftfahrtindustrie auf der Seite der Antriebe. Viele Kooperationen mit Firmen wie General Electric, MTU Aero Engines, Avio Aero, GKN Aerospace (vormals Volvo Aero), Turbomeca, Snecma, ITP, Rolls Royce usw. innerhalb von EU Projekten ermöglichten die experimentelle Untersuchung von sogenannten Turbinenzwischenstrukturen. Dabei handelt es sich um Komponenten von zivilen Flugtriebwerken, die zwischen der schnell laufenden Hochdruckturbine (HDT) und der langsam laufenden Niederdruckturbine (NDT) angeordnet sind. Die Strömung muss dabei sicher vom Turbinenaustritt der HDT zum Turbineneintritt der NDT auf größerem Radius gelenkt und dabei verzögert werden. Bei der Entwicklung muss ein Kompromiss aus Baulänge und somit Gewicht sowie der Qualität der Strömungsführung gefunden werden. In neuartigen Konfigurationen wird die Umlenkaufgabe der nachfolgenden Leitschaufeln in die Stützrippen des Zwischenkanals integriert, um somit durch Einsparung dieser Leitschaufeln eine erhebliche Gewichtsreduktion des gesamten Triebwerks zu erzielen.


So auch im aktuellen Clean Sky 2 Joint Undertaking Projekt TRAVIATA (Turbine Research for Aerodynamical Vane-frame Improvements in Advanced Two-spool Arrangements) gefördert durch die Europäische Union innerhalb von Horizon 2020 (grant agreement No 785313):
Für die Aerodynamik von TVF-Modulen (TVF – Turning Vane Frame) zukünftiger UHPE-Architekturen (UHPE – Ultra-High Bypass-Ratio Engine) spielt die Interaktion mit den HDT- und NDT-Rotoren eine wesentliche Rolle in der Verlustentstehung und muss daher bereits bei der Auslegung berücksichtigt werden. Die TVF-Eintrittsströmung ist gekennzeichnet durch die Strukturen der HDT, wie Nachläufe, Sekundär- und Spaltströmungen sowie Kühlluftausblasungen aus den Radseitenräumen. Um aussagekräftige Versuchsergebnisse zur aerodynamischen Auslegung zu gewinnen, ist es wichtig, auch triebwerksrelevante Zu- und Abströmungsbedingungen für das zu untersuchende TVF zu schaffen. Das Hauptziel dieses Projektes ist daher, ein Versuchsprogramm für TVF-Aerodesigns gemeinsam mit einer stromauf gelegenen HDT und einer nachfolgenden NDT durchzuführen, das die Strömung in einem zukünftigen zivilen Getriebefantriebwerk repräsentiert. Da das Leistungsverhalten eines HDT-NDT-Übergangkanals vom Grad der Inhomogenität in der Zuströmung abhängt, soll eine Variation des Rotorspaltes und der Kühlluftausblasung während der Versuche durchgeführt werden.
Die Untersuchungen werden in der zweiwelligen transsonischen Versuchsturbinenanlage an der TU Graz stattfinden, welche auch mit einem passenden Sekundärluftsystem ausgerüstet ist. Neben konventionellen Messtechniken, wie Druck-, Temperaturrechen und pneumatischen Sonden, werden auch fortschrittlichere Methoden, wie zum Beispiel schnelle Drucksonden sowie Tracergas-Messtechnik, angewendet, um auch die Komponenteninteraktion studieren zu können. Auf diese Weise wird garantiert, dass der nötige Input für eine nachfolgende “Ground Test Demo” bereitgestellt werden kann.

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