VIPlets – Nachweis des aerodynamischen Potentials von durch Schleifen und Laserabtrag hergestellten Riblets in einem hochbelasteten Axialverdichter

Zur Steigerung der Leistungsdichte und des Wirkungsgrades in Gasturbinen und insbesondere in Flugtriebwerken bleibt es ein Hauptziel die aerodynamischen Verluste zu minimieren. Ein innovativer Ansatz hierzu ist die Mikrostrukturierung der überströmten Oberflächen der Beschaufelung mit den aus der Bionik bekannten Riblets. Diese kleinen Längsrippen (engl.: Riblets) können Strömungsverluste in der viskosen Unterschicht der turbulenten Grenzschicht mindern.

In den durch die DFG geförderten Paketprojekten "Riblets für Verdichterschaufeln" wurde sowohl die aerodynamische Wirksamkeit von Riblets als auch die fertigungstechnische Herstellbarkeit durch Schleifen und Laserabtrag anhand von Untersuchungen im Gitterwindkanal der Leibniz Universität Hannover (Profilverlustreduktion) und an ebenen Platten im Ölkanal des DLR Berlin (Wandschubspannungsreduktion) nachgewiesen. Aufbauend auf diesen Ergebnissen der Grundlagenforschung soll im Rahmen des hier vorgestellten Projektes durch die bereits in den DFG-Paketprojekten bestehende Kooperation zwischen den fertigungstechnischen Instituten IFW (Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen) und ITA (Institut für Transport- und Automatisierungstechnik), dem Institut für Mess- und Regelungstechnik (IMR) sowie dem Institut für Turbomaschinen und Fluid-Dynamik (TFD) das Innovationspotential von Riblets durch den realitätsnahen Einsatz in einem hochbelasteten Axialverdichter validiert werden. Hierbei bestehen die Herausforderungen einerseits in der Adaption der für den Einsatz in einer zweidimensionalen Strömung entwickelten Auslegungstools auf den Fall dreidimensionaler Strömung, der in realen Turbomaschinen vorliegt. Andererseits ist die wirtschaftliche Fertigung von Riblets in einem Kombinationsverfahren von Schleifbearbeitung und Laserabtrag auf komplexen 3D-Schaufeloberflächen zu realisieren. Dazu ist eine Steigerung der Produktivität (Flächenrate) im Vergleich zu der bisherigen Herstellung von Riblet-Oberflächen unter Laborbedingungen notwendig. Diese soll im Rahmen dieses Projektes durch verbesserte Verfahren zur Strukturierung der Schleifscheiben, durch die Entwicklung eines Verfahrens zur Kompensation des Schleifscheibenverschleißes, durch Strahlteilung beim Laserabtrag und durch prädiktive Prozesssicherung erreicht werden.