Turbo Flowpath Designer

Vorauslegung, Mittelschnitts- und Mehrschnitts-Berechnung von Turbomaschinen

Turbo FlowPath Designer Version 1.1

Das Programm „TurboFlowPathDesigner“ ermöglicht die thermodynamische Auslegung einer stationären Gasturbine oder eines Wellenleistungstriebwerks eines Flugzeugs auf einem Mittelschnitt oder auf mehreren radial verteilten Stromflächenschnitten.

Ausgehend von einer maximalen Turbineneintrittstemperatur und Komponentenwirkungs-graden und Verlusten wird das optimale Kompressionsdruckverhältnis und die benötigte Stufenanzahl bestimmt. Hierbei kann auch der Einsatz eines Radialverdichters mit betrachtet werden. Auch eine Zweiwellenkonfiguration kann simuliert werden. Hier wird das benötigte Druckverhältnis der Hochdruckturbine unter Berücksichtigung von Kühlluftmassenströmen und das maximale Druckverhältnis der Niederdruckturbine ermittelt.

Als Ergebnis der Berechnung im Turbo Simulator liegen alle Eckdaten einer thermischen Turbomaschine vor, wie z.B. der spezifische Brennstoffverbrauch und der benötigte Massenstrom für die Leistungsbereitstellung.

Die Ergebnisdatei stellt dabei gleichzeitig die Startdatei des Mittelschnitt-Programms „TurboFlowPathDesigner-Verdichter“ dar. In diesem Programm findet die aerodynamische Auslegung der einzelnen Verdichterstufen im Mittelschnitt (1-D) und die Bestimmung der charakteristischen Größen der radialen Form der Verdichterschaufeln statt.  Ebenso findet eine Abschätzung der Stufenwirkungsgrade und des Gesamtwirkungsgrades des Verdichters und auch eine Realisierungsüberprüfung und eventuelle Anpassung statt.

Am Ende der Berechnung sind der Kanalverlauf des mehrstufigen Verdichters und alle charakteristischen Stufenkenngrößen bekannt. Die Ergebnisse sind dabei in jeweils 3 Dateien pro Stufe zusammengefasst.

Außerdem wird eine Turbinen-Start-Datei geschrieben, welche den Eingangs­datensatz zur Turbinenberechnung mit dem Programm „TurboFlowPathDesigner-Turbine“ darstellt.

Mit dem Programm „TurboFlowPathDesigner-Turbine“ ist die aerodynamische Auslegung der Turbinen möglich. Dabei werden ausgehend von Eingangsdaten die Bedingungen nach einer Ring­brennkammer bestimmt, welche die Eingangsparameter der Hochdruckturbine sind. Die Berechnung erfolgt wie bei dem Programm „TurboSimulator-Verdichter“ im Mittelschnitt-verfahren und zur Bestimmung der charakteristischen Größen im radialen Bereich der Stufe mit einem 2-D-Verfahren statt. Dabei wird nicht nur der Wirkungsgrad der Turbinenstufen abgeschätzt, sondern auch der Kühlluftbedarf. Hierbei wird von einer einstufigen Turbine ausgegangen, was jedoch auch einfach erweitert werden kann. Die Niederdruckturbine wird als ungekühlt angenommen. Am Ende der Berechnung sind wieder alle charakteristischen Größen der Turbinen wie z.B. der Kanalverlauf bekannt.

TurboSimulator ist für die gesamte Berechnungs­kette für die Auslegung von Flug­trieb­werken, stationären Gasturbinen und auch in dem Bereich der Klein­gas­turbinen zur Energiegewinnung oder als Einsatz in Flugdrohnen anwendbar.

Mit geringen Anpassungen ist weiterhin eine Ausdehnung der Anwendung auf mehrwellige, Zweikreisluftstrahltriebwerke (ZTL) möglich, als auch zur Berechnung von Gebläsen z. B. im Automobilbau.

Schnittstellen

  • ASCII-Schnittstelle für Input und Output
  • Schnittstelle zum AirFoil Designer und zu CAD-Systemen (CATIA, UG, CADDS, Pro/E)
  • XML

System Anforderungen

UNIX platforms (SUN, SGI, HP), Linux
Windows NT, 2000, XP (128 MB RAM minimum)