Innovative Kopplung von Dämpfung und Kühlung in Triebwerken - "INDUKT"

Abstract

In diesem Bericht werden die Arbeiten und Ergebnisse des Vorhabens „INDUKT – Innovative Kopplung von Dämpfung und Kühlung in Triebwerken“ dargestellt. Ziel des Vorhabens war die Untersuchung fluidischer Oszillatortechnologien zur gekoppelten Verbesserung der Kühlungseffektivität und der akustischen Dämpfungswirkung durchströmter Wandelemente in zukünftigen Luftfahrttriebwerken. Hierzu wurden stationäre Referenzkonfigurationen und instationär durchströmte Oszillatorgeometrien am Niedergeschwindigkeits-Thermo-Windkanal mittels Infrarotthermografie untersucht. Ergänzend wurden akustische Messungen an durchströmten perforierten Wandelementen am DUCT-R sowie am Heißakustik-Prüfstand HAT durchgeführt. Die Messdaten wurden zur Bewertung von Transmission, Reflexion, Dissipation und akustischer Impedanz sowie zur Weiterentwicklung geeigneter Modellansätze genutzt. Die Ergebnisse zeigen, dass fluidische Oszillatoren die laterale Ausbreitung des Kühlfilms gezielt beeinflussen können. Gleichzeitig wurden relevante geometrische und betriebliche Einflussgrößen identifiziert, insbesondere Schaltverhalten, Auslassgeometrie, Öffnungswinkel und Massenstrom-verhältnis. Für die akustische Dämpfung wurden experimentelle Daten und Modellansätze für stationäre sowie periodisch beeinflusste Durchströmungszustände aufgebaut. Darüber hinaus wurden fluidische Aktuatoren ausgelegt, gefertigt und experimentell bewertet. Aufbauend auf den großskaligen Untersuchungen wurden HAT-kompatible Testträger konstruktiv umgesetzt und im 3D-SLM-Verfahren aus Edelstahl 1.4404 gefertigt. Das Vorhaben liefert damit eine experimentelle und modellbasierte Grundlage zur Bewertung fluidisch angeregter, durchströmter Wandelemente mit Blick auf zukünftige Triebwerkskonzepte mit Zielrichtung Entry into Service ab 2035. This report presents the work and results of the project “INDUKT – Innovative Coupling of Damping and Cooling in Aero Engines”. The objective was to investigate fluidic oscillator technologies for the coupled improvement of cooling effectiveness and acoustic damping of flow-through wall elements in future aero engines. Stationary reference configurations and unsteady oscillator geometries were investigated in the low-speed thermo wind tunnel using infrared thermography. In parallel, acoustic measurements on perfora-ted wall elements with bias flow were performed in the DLR DUCT-R facility and in the hotacoustic test rig HAT. The data were used to evaluate transmission, reflection, dissipation and acoustic impedance and to further develop suitable modelling approaches. The results show that fluidic oscillators can influence the lateral spreading of the cooling film. Relevant geometric and operating parameters were identified, including switching behaviour, outlet geometry, opening angle and blowing ratio. For acoustic damping, experimental data and modelling approaches were established for steady and periodically influenced flow-through configurations. In addition, fluidic actuators were designed, manufactured and experimentally assessed. Based on the large-scale investigations, HAT-compatible test carriers were designed and manufactured from stainless steel 1.4404 using 3D selective laser melting. The project thus provides an experimental and model-based basis for assessing fluidically excited flow-through wall elements with regard to future aero-engine concepts targeting an Entry into Service from 2035 onwards.