Teilprojekt D6 Wechselwirkung von kombinierten Baugruppen-Varianzen und Einfluss auf das Gesamtverhalten

Die multidisziplinären Prozesse eines Kapitalguts, z.B. das Turbofantriebwerk V2500-A1, benötigen eine intensive Untersuchung und empirische Erfahrung bei der Regeneration und Wiederherstellung. Um die Reparatur zu verbessern und weiterzuentwickeln, wird in Zusammenarbeit mit dem Institut für Flugantriebe und Strömungsmaschinen (IFAS) der TU Braunschweig das Software Tool ASTOR (AircraftEngine Simulation of Transient Operation Research) entwickelt um transiente Lastfälle zu berechnen. ASTOR basiert auf der Pseudo Bond Graph Theorie und verbindet alle Subsystem untereinander.

MOTIVATION UND ZIELSETZUNG

Pseudo Bond Graph der V2500 - A1

Für den Auslegungsprozess und die Verschleißüberwachung eines Triebwerkes sind Leistungsrechnungsverfahren, die einen digitalen Zwilling darstellen, ein bedeutsames Werkzeug. Zurzeit basieren Leistungsrechnungsverfahren auf iterativen Methoden. Dabei werden nicht alle Erhaltungsgrößen einbezogen und individuelle Betrachtungen von dynamischen Volumen in den Komponenten sind nicht möglich. Das TP D6 arbeitet an der Entwicklung des Softwareprogramms ASTOR (AircraftEngine Simulation of Transient Operation Research), das mittels der Bond Graph Theorie (siehe Abbildung 1) die Bewegungsgleichungen in jeden Zeitpunkt löst und dynamische individuelle Volumen einbezieht. Dabei wird zu nächste das Forschungstriebwerk der V2500-A1 untersucht. Der digitale Zwilling führt zu einer hochaufgelösten 1-D Berechnung von stationären und transienten Verhalten der einzelnen Komponenten und des Gesamtsystems.

ERGEBNISSE

Für die Entwicklung eines digitalen Zwillings des Forschungstriebwerks wurde zuerst ein Referenztriebwerk entwickelt (siehe Kreisprozess in der Abbildung 2). Auf der Basis des Referenztriebwerkes wurden stationäre und transiente Verhalten erprobt. Des Weiteren wurden Kennfelder mit und ohne Verschleißeffekte simuliert, die hochauflösten in ASTOR eingelesen werden.

T-s-Diagramm einer neuen V2500-A1 (grün) und einer verschlissenen V2500-A1 (rot)

AKTUELLE ARBEITEN UND AUSBLICK

Im weiteren Verlauf wird das Verschleißverhalten des eigenen Triebwerks in unterschiedlichen Manövern ermittelt und validiert. Durch das Leistungsberechnungstool ASTOR können die unterschiedlichen Verschleißfälle hinsichtlich der Gesamtperformance berechnet und Informationen über den Wirkungsgrad weitergeben werden. Außerdem wird in ASTOR der Einfluss von lokalen Wärmeflüssen untersucht, die zwischen den Komponenten und dem Gehäuse auftreten können. Zusammen mit den TP A3, A6 und B3 wird an der Erstellung eines digitalen Zwillings gearbeitet. Wodurch die Wechselwirkungen unterschiedlicher Reparaturen mit TP D5 und S untersucht werden.


VERÖFFENTLICHUNGEN

  • Kellersmann, A.; Weiler, S.; Bode, C.; Friedrichs, J.; Städing, J.; Ramm, G.: Surface Roughness Impact on Low-Pressure Turbine Performance Due to Operational Deterioration Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, June 2018-Vol 140 No 6
  • Reitz, G., Kellersmann, A., Schlange, S., & Friedrichs, J. (2018): Comparison of sensitivities to geometrical properties of front and aft high pressure compressor stages CEAS Aeronautical Journal, 9(1), 135-146.
  • Kellersmann A., Reitz G., and Friedrichs J. (2018). Deterioration effects of coupled blisk blades. Journal of the Global Power and Propulsion Society. 2: 465–476,
    DOI: 10.22261/JGPPS.CKB8N6

VERÖFFENTLICHUNGEN

Alle Veröffentlichungen des Sonderforschungsbereiches

TEILPROJEKTLEITER

Prof. Dr.-Ing. Jens Friedrichs
Adresse
TU Braunschweig
Hermann-Blenk-Strasse 37
38108 Braunschweig
Prof. Dr.-Ing. Jens Friedrichs
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TU Braunschweig
Hermann-Blenk-Strasse 37
38108 Braunschweig

MITARBEITER

Jan Göing
Adresse
TU Braunschweig
Hermann-Blenk-Strasse 37
38108 Braunschweig
Jan Göing
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38108 Braunschweig