RIGOLETTO-TURB: Optimierung des Turbinenzwischengehäuses und Austrittsgehäuses für fortschrittliche Flugantriebe

Abstract

Schnelllaufende Niederdruckturbinen (NDT) sind entscheidend für moderne Triebwerke, da sie kompaktere Bauweisen und verbesserte Leistung ermöglichen. RIGOLETTO-TURB zielte darauf ab, das Turbinenzwischengehäuse (TVF) und das -austrittsgehäuse (TRF) zu optimieren, um den Anforderungen schnell laufender NDTs gerecht zu werden und so die Klimaziele zu unterstützen. Der Fokus lag auf aerothermischen Herausforderungen und der Erweiterung der Auslegungsräume für TVF und TRF. Zudem wurde die Integration eines Wärmeübertragers angestrebt, um die NDT-Effizienz weiter zu steigern. Die Optimierung des TVF umfasste numerische Designstudien und Testkampagnen an der TVF Sektorkaskade und am Zweiwellenprüfstand der TU Graz. Die Kaskadentests zeigten signifikante Verbesserungen der aerodynamischen Leistung neuer TVF-Designs, mit reduzierten Druckverlusten und verbesserter Strömungsgleichmäßigkeit. Der Zweiwellenprüfstand ermöglichte die Untersuchung der TVF-Geometrie unter triebwerksähnlichen Bedingungen. Die Erkenntnisse förderten die Weiterentwicklung der TVF-Technologie für schnelllaufende NDTs und wurden in das CA Projekt OFELIA sowie die Entwicklung des RISE Open Fans von CFM International integriert. Weiterhin wurde in RIGOLETTO-TURB ein verlustoptimiertes TRF für den Einsatz in schnelllaufenden NDTs entwickelt. Hierzu wurde an der TU Graz ein neuer TRF-Kaskadenprüfstand in Betrieb genommen und zwei Geometrien getestet: eine Referenz- und eine innovative Geometrie, die speziell für hohen Einlassdrall und Machzahl ausgelegt ist. Die erzielten Erkenntnisse flossen direkt in das CA Projekt OFELIA ein. RIGOLETTO-TURB entwickelte und validierte erfolgreich einen in das TRF integrierten Wärmeübertrager. Die Designfähigkeiten und Leistung des Wärmetauschers wurden durch numerische Simulationen und experimentelle Tests bestätigt. Die Erkenntnisse sind entscheidend für die Weiterentwicklung integrierter Wärme übertrager für die nächste Generation ultraeffizienter Flugzeugtriebwerke.