Björn Feldhaus - Walzen definierter Ribletstrukturen auf Verdichterschaufeln

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Produktbeschreibung

Definierte Ribletstrukturen können strömungsbedingte Reibungswiderstände bis zu 10% reduzieren. Auf Verdichterschaufeln von Flugtriebwerken führt dies zu einer Reduktion des Profilverlustes und damit zu einer Steigerung des Verdichterwirkungsgrads. Verdichterschaufeln zählen jedoch zu sicherheitskritischen Bauteilen, deren Lebensdauer von entscheidender Bedeutung ist. Während des Einsatzes in Flugtriebwerken unterliegen Verdichterschaufeln hohen dynamischen Belastungen. Kerben in Form von Riblets auf der Schaufeloberfläche führen während der dynamischen Belastungen zu einem Anstieg der Oberflächenspannungen und dadurch zu einer signifikanten Reduktion der Lebensdauer. Aus diesen Erkenntnissen leitet sich die Motivation und das Ziel dieser Forschungsarbeit ab: Die Entwicklung und grundlegende Erforschung eines inkrementellen Walzprozesses, der die direkte Strukturierung von Verdichterschaufeln für Turboflugtriebwerke mit definierten Ribletstrukturen ermöglicht, so dass sowohl die auftretende Kerbwirkung als auch Reibungswiderstände reduziert werden. Durch die lokale elastisch-plastische Umformung werden sowohl Kaltverfestigung als auch Druckeigenspannungen in die Schaufelrandschicht induziert. Dies führt zu einer signifikanten Reduktion der auftretenden Kerbwirkung, was anhand von Long Life Fatigue (LLF) Tests eindeutig nachgewiesen werden konnte. Strömungstechnische Untersuchungen zeigen darüber hinaus, dass mit der gewalzten Ribletstruktur eine Reduktion der strömungsbedingten Reibungswiderstände von bis zu 6% erreicht wird.