Interdisziplinäre Forschung und Entwicklung auf hohem Niveau konnten wir im Rahmen eines vom Freistaat Bayern geförderten Vorhabens erfolgreich betreiben. Nach drei Jahren Projektdauer waren alle anfangs definierten Ziele erfüllt: die Projektpartner ISA der Universität der Bundeswehr München, MTU und IfTA GmbH konnten mit dem durch die IfTA GmbH entwickelten Regler den stabilen Arbeitsbereich des ISA-eigenen Larzac Triebwerkes mit Hilfe einer aktiven Verdichterkontrolle signifikant vergrößern.

Dieses Projekt wurde im Rahmen eines vom Freistaat Bayern geförderten Luftfahrtforschungsprogramms durchgeführt. Projektpartner waren dabei neben der IfTA GmbH die Firma MTU und das Institut für Strahlantriebe ISA der Universität der Bundeswehr in München, die das Projekt initiierte. In dessen Rahmen wurde die Möglichkeit der aktiven Kontrolle von Verdichterinstabilitäten an einer Fluggasturbine untersucht. Ziel der Forschung war es, die Pumpgrenze des am Institut für Strahlantriebe zur Verfügung stehenden Verdichters eines LARZAC 04 C5 Triebwerks mit Hilfe aktiver Maßnahmen, d.h. dem Einsatz eines Reglers, so zu verschieben, dass der stabile Arbeitsbereich vergrößert und damit die Effizienz des Verdichters gesteigert wird. Nach ersten erfolgreichen Regelversuchen anderer Forschungseinrichtungen an reinen Versuchsverdichtern stellte diese Arbeit eine erste Anwendung an einem realen und kompletten Flugtriebwerk dar.

Die IfTA GmbH lieferte bei diesem Projekt die gesamte Reglerhard- und Software und unterstützte die Universität bei der Signalerfassung (Messtechnik, Aufzeichnung) und Auswertung (Analyse, Algorithmen). Außerdem wurden natürlich im Verlauf des Projekts Weiter- und Neuentwicklungen der Hard- und Software durchgeführt, um eine optimierte Regelung zu ermöglichen.

Der Einsatzbereich eines Verdichters wird durch die sogenannte Pumpgrenze beschränkt, die sich beim Phänomen des „Pumpens“ durch eine über den gesamten Verdichterquerschnitt umkehrende Strömung äußert. Als schwächere und damit ungefährlichere „Vorstufe“ dieses Phänomens können auch partielle, um den Verdichterumfang umlaufende, Strömungsstörungen, auch rotierende Ablösungen genannt, auftreten.

Grundgedanke der aktiven Regelung eines Verdichters ist es nun, sogenannte Vorläufer eines Pumpstoßes bzw. einer rotierenden Ablösung rechtzeitig zu detektieren und über einen Regler und ein Stellglied das System so zu beeinflussen, dass es nicht zu diesem unerwünschten Betrieb des Verdichters kommt. Als günstig hat sich eine modulierte Lufteindüsung am Schaufelspitzenbereich der ersten Verdichterstufe erwiesen, da genau dort die Instabilitäten ausgelöst werden.

Aufbauend auf einer modifizierten Form des bei der aktiven Instabilitätskontrolle von Verbrennungsschwingungen an stationären Gasturbinen erprobten AIC-Systems wurden im Verlauf des Projekts verschiedene Reglerstrategien entwickelt, die für die jeweilige Problemstellung optimiert waren. Mit Hilfe dieser Strategien sowie einer speziell angepassten Aktuatorik konnte in dem sich über drei Jahre erstreckenden Forschungsprojekt ein erfolgreicher Nachweis für die Funktionsfähigkeit der aktiven Verdichterstabilisierung erbracht werden. Insgesamt gelang es, über den kompletten Drehzahlbereich des Verdichters die Pumpgrenze aktiv zu verschieben, wodurch die Möglichkeit der industriellen Anwendung dieser innovativen Technik belegt wurde. Im Vergleich zu einer reinen Konstanteinblasung war die aktive Stabilisierung effizienter, d.h. der gleiche Stabilisierungseffekt konnte mit weniger Luft erzielt werden bzw. bei gleichem Luftverbrauch wurde der stabile Arbeitsbereich über den mit Konstanteinblasung erreichbaren Bereich hinaus vergrößert.

Der innovative und forschungsrelevante Gehalt dieser Kollaboration wird durch zwei gemeinsame Veröffentlichungen auf internationalen Fachtagungen widergespiegelt.