Aerodynamik von verlustarmen Turbinenprofilen (AvaTur)

Im Projekt AvaTur (Aerodynamik von verlustarmen Turbinenprofilen) verbessert die Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg den Wirkungsgrad einer schnelllaufenden Niederdruckturbine (NDT), die in der zweiten Generation eines neuartigen Flugzeuggetriebes zum Einsatz kommen soll. Das Projekt ist im April 2019 gestartet und wird von Prof. Dr. Dragan Kozulovic geleitet.

Herausforderung

Aus unserer globalisierten Welt ist der Luftverkehr längst nicht mehr wegzudenken. Allerdings verbrauchen Flugzeuge auch große Mengen Treibstoff und verursachen ein hohes Maß an Treibhausgas-Emissionen und Lärm. Um den Flugverkehr günstiger und umweltfreundlicher zu machen, werden neue Triebwerkskonzepte benötigt, die diese Probleme so weit wie möglich reduzieren. Schnelllaufende Turbinen halten gegenüber konventionellen Turbinen größeren aerodynamischen Belastungen stand und können damit wesentlich leichter und kompakter gebaut werden. Erste Ansätze für ein solches Design sind vorhanden, doch das aerodynamische Potenzial scheint bei weitem noch nicht vollständig erschlossen zu sein. Zudem sind die zugrundeliegenden Mechanismen der Entstehung und Verringerung von Strömungsverlusten noch nicht gänzlich geklärt.

Ziele und Vorgehen

Im Projekt AvaTur soll eine neuartige Triebwerksarchitektur untersucht und verbessert werden, die auf einer schnellaufenden Niederdruckturbine (NDT) basiert. Im Projektverlauf sollen die Strömungsmechanismen aufgeklärt werden, um anhand der Ergebnisse das Triebwerksdesign weiter optimieren zu können. Das Augenmerk für die Optimierungen liegt dabei auf der Gestaltung der Turbinenschaufeln, da hier durch gezielte Anpassungen vor allem im hinteren Bereich des Profils das Strömungsverhalten entscheidend verbessert werden kann. Das Projektziel liegt bei einer Verringerung der Strömungsverluste um 10 Prozent. Im Projekt werden numerische Methoden und Messungen im Windkanal kombiniert, um das ideale Design der Profile zu ermitteln und deren Einsatztauglichkeit zu prüfen.

Innovationen und Perspektiven                                                                                           

Der Kooperationspartner MTU Aero Engines hat bereits ein erstes Triebwerk mit der neuartigen NDT-Triebwerksarchitektur auf den Markt gebracht. Sie erlaubt eine kleinere Drehzahl des Fans und eine höhere Drehzahl der Turbine, wodurch beide Komponenten in ihrem aerodynamischen Optimum arbeiten und das Triebwerk bis zu 16 Prozent weniger Treibstoff verbraucht und bis zu 75 Prozent weniger Lärmemissionen verursacht. Im Projekt AvaTur soll nun die zweite Generation dieses Triebwerks entwickelt werden; nach erfolgreichem Projektabschluss im Frühjahr 2023 kann die Prototypenfertigung beginnen, so dass bei idealem Verlauf die zweite Triebwerksgeneration bereits etwa ab dem Jahr 2025 verfügbar sein könnte. Zusätzlich zur wirtschaftlichen Verwertungsperspektive ergänzt das Projekt zudem einen wichtigen Forschungsschwerpunkt der HAW Hamburg.