Durch Abnutzung der Triebwerksbauteile nimmt die Leistung von Turboflugtriebwerken über die Betriebsdauer ab.Es wird daher ein Alterungsmodell vorgestellt, welches in der Lage ist, Umwelt- und Betriebsbedingungen mit identifizierten Alterungsmechanismen und den daraus resultierenden Bauteiländerungen zu verknüpfen. Eine anschließende Leistungssyntheserechnung ermöglicht das Erstellen zeitlicher Verläufe globaler Leistungsparameter. Dabei basiert das vorgestellte Alterungsmodell auf einer am Institut für Luftfahrtantriebe entwickelten Methodik zur Abbildung von Bauteilzuständen in der Leistungsrechnung. Aus Änderungen von Bauteilmerkmalen wird mittels Austauschraten Einfluss auf die Kapazität und den Wirkungsgrad der Turbomaschinen genommen. Eine Gewichtung der Flugzyklen bildet die Verknüpfung der Umwelt- und Betriebsbedingungen mit den Änderungen der Bauteilmerkmale. Vorhersagen über das Triebwerksverhalten werden in der Entwicklungsphase basierend auf Nominalzyklen aufgestellt. In der Realität entspricht jedoch nicht jeder geflogene Zyklus einem Nominalzyklus. Um diese Abweichungen zu berücksichtigen, werden bei der gewählten Modellierungsmethodik für die Vorhersage der Triebwerksalterung die tatsächlich geflogenen Zyklen anhand der auftretenden Bedingungen gewichtet. Aus der Anwendung des Alterungsmodells in Parameterstudien kann abgeleitet werden, dass unter Berücksichtigung der Schubregelung die Partikelkonzentration den größten Einfluss auf das Alterungsverhalten des betrachteten Turboflugtriebwerks hat. Wird die Schubregelung außer Kraft gesetzt, hat die Umgebungstemperatur den größten Einfluss auf die Triebwerksalterung. Bezogen auf ein Wartungsintervall von 7000 Flugzyklen führt eine Variation der Schubregelung durch Erhöhung der Kinkpunkttemperatur um SK zu einem um 38% früheren Überschreiten des Grenzwerts der Turbinengastemperatur. Dies unterstreicht die Bedeutung des Flat Ratings auf die Lebensdauer eines Triebwerks. Im Hinblick auf das Betriebsverhalten eines Turboflugtriebwerks bewirkt die Alterung einen verringerten Pumpgrenzenabstand und ein größeren transienten Überschwinger.

    Due to wear of engine parts, the performance of a jet engine deteriorates over service life. In particular, fouling, erosion and corrosion affect the blades of compressors and turbines. A deterioration model is presented, which links environmental and operational conditions with identified deterioration mechanisms and resulting changes in component parts. A subsequent performance synthesis allows for generating time dependent progression of global engine parameters. The presented deterioration model is based on a methodology developed at the Institute of Aircraft Propulsion Systems to represent changes of component parts in a performance analysis. Applying exchange rates, the capacity and efficiency of the turbomachinery is affected according to changes of features of component parts. Linking environmental and operational conditions with these changes is represented by a weighting of flight cycles. Predictions on engine characteristics during the development phase are based on nominal cycles. In reality, however, not every flight cycle complies with a nominal cycle. Flight cycles are therefore weighted on the basis of the actual conditions to account for these deviations. By applying the deterioration model in parameter studies it can be concluded that, provided thrust control is applied, the particle concentration has the greatest impact on the deterioration of the examined jet engine. If thrust control is neglected, the ambient temperature has the greatest influence. Based on a maintenance interval of 7,000 flight cycles, variation of the thrust control by enhancing the Kink point temperature by 5K leads to an early excess of turbine gas temperature limits by 38 %. With regard to the performance of a jet engine, deterioration causes a reduced surge margin and a higher transient overshoot.


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    Title :

    Untersuchungen zum Einfluss der Betriebsbedingungen auf die Leistungsverschlechterung von Turboluftstrahltriebwerken


    Contributors:

    Publication date :

    2013


    Size :

    97 Seiten, Bilder, Tabellen, 170 Quellen



    Type of media :

    Theses


    Type of material :

    Print


    Language :

    German