Filmkuhlung Transsonischer Turbinen

Abstract Moderne Flugtriebwerke zeichnen sich heutzutage durch eine hohe Leistungsdichte bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad aus. Damit einher gehen hohe aerodynamische und thermische Belastungen der Hochdruckturbine. Heissgas mit Temperaturen von bis zu 2000 K umstromt dabei die Turbinenschaufeln mit Stromungsgeschwindigkeiten, die bis in den Uberschall reichen. Um ein strukturelles Versagen zu verhindern, werden daher die dem Heissgas ausgesetzten Komponenten mit Luft aus dem Verdichter filmgekuhlt. Einer konservativen Auslegung der Bauteilkuhlung stehen allerdings Einbussen im thermischen Wirkungsgrad gegenuber, die aus dem ubermassigen Kuhlluftverbrauch resultieren. Eine Annaherung an die maximale Materialtemperatur ist demzufolge anzustreben. Zu erreichen ist dies aber nur, wenn die Kuhlwirkung hinreichend gut vorhergesagt werden kann. Wahrend fur subsonische Stromungen bereits Auslegungswerkzeuge existieren, ist die Auswirkung von Uberschallphanomenen auf die Filmkuhlung transsonischer Turbinen bislang nur unzureichend charakterisiert. Die vorliegende Arbeit widmet sich daher der Fragestellung, inwiefern die Interaktion eines sich im Uberschall bildenden schragen Verdichtungsstosses mit einem Kuhlfilm Einfluss auf die Kuhlung hat. Zentrale Messtechnik zur Charakterisierung des Warmeubergangs ist die Infrarotthermographie. In dieser Arbeit wurde hierzu eine robuste Kalibriermethodik entwickelt, um Temperaturverteilungen bei den im Experiment vorherrschenden Warmestromen bestimmen zu konnen. Eine Temperaturkalibrierung ist damit selbst dann noch moglich, wenn Stutzstellen nicht uber den kompletten Temperaturbereich zur Verfugung stehen. Des Weiteren wurde die Signalaufbereitung des Infrarotsystems grundlegend uberarbeitet, wodurch nun nahezu beliebige Temperaturspannen innerhalb einer Infrarotaufnahme erfasst werden konnen.