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Aerodynamic Design and Performance of an Over-Wing Low Pressure Ratio Fan Stage

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Aerodynamic Design and Performance of an Over-Wing Low Pressure Ratio Fan Stage

Daniel Giesecke (Broschiert, Englisch)

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Beschreibung

Das Passagieraufkommen wird sich bis 2035 voraussichtlich verdoppeln, sodass zukünftige Flugzeugkonfigurationen mit hoher Wahrscheinlichkeit eine andere Architektur aufweisen werden als heutige Flugzeuge. Die damit verbundenen nachteiligen Umwelteinflüsse müssen Zukunftstechnologien entgegenwirken. Die zweite Generation der Triebwerke mit sehr großem Nebenstromverhältnis soll bis 2030 den Brennstoffverbrauch um bis zu 30% reduzieren können. Revolutionäre Technololgien wie Triebwerke, die die Grenzschicht einsaugen und reenergetisieren, können ab 2035 verfügbar sein und den Verbrauch um weitere 10% senken. Der Sonderforschungsbereich (SFB) 880 hat ein Kurzstreckenflugzeug entwickelt, welches mittelfristig realisierbar wäre. Es hat eine klassische Flügel-Rumpf Anordnung mit Triebwerke, die über den Flügeln montiert sind. Bei dem sogenannten SFB880 REF3 Flugzeug sind die Triebwerke teileingebettet in die Flügel. Die vorliegende Dissertation hat das Ziel die durch die Teileinbettung auftretenden Effekte genauer zu untersuchen und Potentiale zu ermitteln, die den zu erwartenden Effizienzeinbruch verringern. Daher ist der komplette Entwurfsprozess vom Flugzeug bis zur Fanstufe erklärt. Der Entwurf basiert auf bewährten Methoden, die in der öffentlichen Literatur zugänglich sind. Die Auswirkungen der Zuströmung auf das globale Leistungsverhalten sowie im Detail auf die Fanaerodynamik sind beschrieben. Zusätzlich werden Vergleiche zu einer ungestörten Zuströmung, einer aufgestiehlten Variante und einem Nurflüglerkonzept gemacht. Zuletzt werden Methoden für eine angepasste Statorreihe entwickelt. Die entworfene Fanstufe erreicht einen Wirkungsgrad im Steigflug von 87%. Der Großteil der Rotorprofile erreicht im Reiseflug sogar einen lokalen Wirkungsgrad von bis zu 95%. Zur Analyse der Zuströmungstörung durch die Teileinbettung werden numerische Vollkranzsimulationen durchgeführt. Sie ergeben einen Einbruch des Wirkungsgrades um gut 10%. Der Einbruch aufgrund der Zuströmung des volleingebetteten Nurflüglers ist um ein Drittel geringer. Bei genauerer Analyse zeigt sich eine sehr starke lokale Zuströmstörung aufgrund der Teileinbettung und des nicht-rotationssymmetrischen Einlaufs. Der Fanrotor kann die Strömung im Einlauf teilweise gleichrichten, sodass die Totaldruckstörung um 22% abnimmt. Dennoch ist die gesamte Strömung vor dem Rotor beeinflusst. Dies ist auf die Massenstromumverteilung zur Störung hin zum niedrigen statischen Druckbereich zurück zu führen. Eine Verlustanalyse zeigt, dass sowohl Rotor wie auch Stator im gleichen Maße dazu beitragen, dass der Wirkunggrad absinkt. Darauf aufbauend wird der Stator neu entworfen, indem zunächst die globale Fehlanströmung ausgeglichen wird. Abschließend werden die Statoren im gestörten Bereich separat ausgelegt. Die neu entworfenen Statoren haben einen stromauf Effekt auf das Leistungsverhalten des Rotors. Deshalb ist ein größerer Arbeitsaufwand vonnöten, welcher von der Verbesserung der Statoreffizienz ausgeglichen werden muss. Trotzdem der Rotorwirkungsgrad um 0.7% abfällt, kann ein Drittel des ursprünglichen Wirkungsgradeinbruchs durch die finale umfangsassymtrische Statorreihe wiederhergestellt werden. Weniger zeigen

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Produktinformationen

Technische Daten

Erscheinungsdatum

01.01.2022

Sprache

Englisch

EAN

9783947623495

Herausgeber

Technische Uni Braunschweig NFL

Serien- oder Bandtitel

NFL-Forschungsberichte

Sonderedition

Nein

Autor

Daniel Giesecke

Seitenanzahl

160

Auflage

Einbandart

Broschiert

Warnhinweise und Sicherheitsinformationen

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