Der Verdichter

Das Flugzeugtriebwerk

Die einzelnen Komponenten und unsere fachspezifische Expertise

Die Hauptaufgabe des Verdichters besteht darin, die Luftmasse auf ein für die Verbrennung optimales Druckniveau anzuheben. Ein Verdichter besteht im Bereich der zivilen Luftfahrt in der Regel aus maximal drei Komponenten (»Rolls Royce Trent«-Serie), die jeweils über eine Welle ein antreibendes Pendant im Turbinenbereich haben. Eine solche Aufteilung in Hoch-, Mittel- und Niederdruckverdichter optimiert die Drehzahl und den Wirkungsgrad des Triebwerks.

Die jeweiligen Verdichter setzen sich aus einer kontinuierlichen Abfolge von Rotoren und Statoren zusammen. Die Kombination aus Rotor und Stator wird als Stufe bezeichnet. Die Anzahl der Stufen pro Verdichter variiert je nach angestrebtem Gesamtdruckverhältnis und Stufendruckverhältnis.

Generell ist ein hohes Gesamtdruckverhältnis bei zivilen Triebwerken erstrebenswert. Hierdurch wird in Abstimmung einer hohen Turbineneintrittstemperatur (siehe Turbine) ein wiederum hoher thermischer bzw. innerer Wirkungsgrad erzielt. Nur die präzise Abstimmung beider Parameter steigert den Wirkungsgrad der Turbine.

Heutige Triebwerke erzielen ein Gesamtdruckverhältnis von bis zu 60 und kann in der weiteren Entwicklung nur so weit optimiert werden wie es geometrische, strukturelle und thermische Limitationen im Turbinenbereich erlauben.

Entwicklung des Totaldruckverhältnisses

Aufgrund des zunehmenden Druckverhältnisses steigt die strukturmechanische und insbesondere die thermische Belastung der nachgelagerten Stufen. Als Folge verschiebt sich die sogenannte »Titanfeuergrenze« zu vorderen Verdichterstufen. Um den hier vorherrschend hohen Temperaturen standzuhalten, werden zukünftig mehrere Stufen des Hochdruck- und womöglich des Niederdruckverdichters aus Nickelbasislegierungen gefertigt.

Eine entscheidende Schlüsseltechnologie in diesem Bereich ist die sogenannte »Blade-Integrated-Disk-Bauweise« (kurz: Blisk). Hier werden Scheibe und Schaufel eines Verdichterrotors aus einem Werkstück gefertigt. Die Vorteile liegen in einem geringeren Gewicht und einer höheren Steifigkeit der Komponente. Auf der anderen Seite ist der Fertigungsprozess komplex und kostenintensiv.

Ähnlich wie bei der Fan-Schaufel weisen moderne Verdichterschaufeln für eine optimale Aerodynamik eine erhöhte geometrische Komplexität im Bereich der Verwindung (Twist), Pfeilung (Sweep) und der Biegung (Lean) auf.

Was bietet das Fraunhofer IPT?

Das Fraunhofer IPT fokussiert sich im Geschäftsfeld »Turbomaschinenbau« auf den Verdichterbereich, insbesondere auf die Blisk-Technologie. Dazu zählt die elektrochemische Produktion und die Fertigung durch mehrachsige Fräsbearbeitung. Neben Blisken aus Titanlegierungen arbeiten wir außerdem an der hochkomplexen Fertigung von Blisken aus Nickellegierungen.

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