Betriebsverhalten und Aerodynamik einer kompakten Radialverdichterstufe mit Pipe-Diffusor

Die vorliegende Arbeit stellt eine experimentelle Untersuchung einer kompakten Triebwerksradialverdichterstufe mit Pipe-Diffusor und Tandem-Deswirler dar, bei welcher die Beschaufelung der ersten Deswirlerreihe in den Diffusor eintaucht. Somit wird ein in konventionellen Radialverdichterstufen vorhandener schaufelloser Bereich zwischen Diffusor und Deswirler eliminiert. Dies kann zu einer deutlichen Reduktion des Stufenaußendurchmessers führen. Neben der nominalen mittigen Ausrichtung der ersten Deswirlerschaufel im Diffusor wurden Variationen der Umfangsposition der Schaufel in Richtung Diffusordruck- und Diffusorsaugseite durchgeführt. Weiterhin wurde die Zapfluft zwischen Laufrad und Diffusor variiert. Für einen Vergleich der kompakten Verdichterstufe mit konventionellen Stufenkonfigurationen wurden drei weitere Radialverdichterstufen mit schaufellosem Zwischenbereich zwischen Diffusor und Deswirler vermessen, welche jeweils unterschiedliche Deswirler aufweisen. Die Laufrad- und Diffusoreintrittsgeometrie ist dabei bei allen vier Stufen gleich.

Die Studie zeigt, dass die kompakte Radialverdichterstufe ähnliche Werte im Druckaufbau und Wirkungsgrad erreichen kann, wie Stufen mit vom Diffusor entkoppelten Deswirlern. Im Vergleich zu einer konventionellen Stufe mit einfachem einreihigen prismatischen Deswirler kann die kompakte Stufe sogar deutliche Steigerungen in Druckaufbau und Wirkungsgrad aufzeigen. Jedoch verliert die kompakte Stufe gegenüber allen drei Referenzstufen an Pumpgrenze. Ebenfalls verschieben sich die Charakteristiken der einzelnen Stufenkomponenten. In der total-zu-statischen Bilanzierung weist eine Variation der Umfangsausrichtung des Deswirlers zum Diffusor der kompakten Verdichterstufe kaum Unterschiede in der Performance auf. Jedoch erweitert sich die Pumpgrenze von saugseitiger zu druckseitiger Anordnung des Deswirlers zum Diffusor. Bei der total-zu-totalen Bilanzierung der Stufe zeigt die Konfiguration einer druckseitigen Ausrichtung des Deswirlers zum Diffusor die geringsten Verluste im Deswirler aber auch ein erhöhtes Machzahlniveau am Stufenaustritt.