Prozess zur Triebwerksleistungsvorhersage bei verschlissenen Hochdruckverdichtergeometrien

Die aktuelle Entwicklung in der zivilen Luftfahrt ist geprägt durch steigenden Kosten- und Wettbewerbsdruck, der auch von den Airlines an die Wartungsbetriebe weitergegeben wird. Zur Verbesserung der Triebwerkswartung etabliert sich aktuell mehr und mehr die zustandsbasierte Wartung. Diese ist durch maßgeschneiderte Wartungsmaßnahmen für jeden Teil des Triebwerks, in Abhängigkeit von der jeweiligen Triebwerksgeschichte und Betriebsbedingungen, gekennzeichnet. Diese Wartungsphilosophie soll sich zukünftig bis in die Einzelteilebene fortsetzten, was jedoch eine detaillierte Kenntnis der Einflüsse von unterschiedlichen Zuständen der Einzelteile auf die dazugehörige Triebwerksleistungsfähigkeit voraussetzt. Am Beispiel des Hochdruckverdichters ist die genaue Beurteilung der aerodynamischen Leistungsfähigkeit einer jeden Verdichterschaufel das Ziel. Dieses detaillierte Wissen ist in der aktuellen Triebwerksüberholung noch nicht in der notwendigen Ausprägung vorhanden. Somit kann ein Verdichter derzeit nicht gezielt mit ausgewählten Schaufeln bestückt werden, um eine vorgegebene Leistungscharakteristik zu erzielen. Die hier vorgestellte Arbeit soll eben diese Wissenslücke verringern und helfen, die zustandsbasierte Triebwerkswartung im Sinne einer Aufbauempfehlung des Verdichters weiter zu verbessern. Zu diesem Zweck wurde ein Prozess entwickelt, der auf Basis von digitalisierten Verdichterbeschaufelungen ihre aerodynamische Leistungsfähigkeit bewertet und den Einfluss auf die Triebwerksleistungsparameter voraussagt. Dieser Prozess wird in der vorliegenden Arbeit zunächst auf theoretischem Wege durchlaufen und die notwendigen theoretischen Grundlagen der jeweiligen Prozessschritte diskutiert. Anschließend wird der Prozess am Beispiel des Hochdruckverdichters eines zivilen Triebwerks mittlerer Schubklasse Schritt für Schritt durchgeführt. Dabei werden zu Beginn die durch Verschleiß hervorgerufenen geometrischen Variationen an einer vorderen sowie hinteren Verdichterstufe statistisch bewertet. Folgend werden über die moderne statistische Versuchsplanung die für die aerodynamische Leistungsfähigkeit dominanten geometrischen Parameter identifiziert und der Einfluss auf die Triebwerksleistungsparameter bewertet. Als Ergebnis dieser Arbeit können die für die aerodynamische Güte dominanten geometrischen Parameter benannt werden. Diese sollten bei der Wartung zusätzlich zu den im Triebwerkshandbuch vorgeschriebenen Parametern gemessen und auf Basis der Ergebnisse dieser Arbeit beurteilt werden. Dadurch kann für zukünftig instand gesetzte und wieder aufgebaute Verdichter bereits vor dem Triebwerkstest ihre Leistungscharakteristik grob abgeschätzt und teure Nacharbeiten vermieden werden.