Der Verdichter stellt die aus aerodynamischer Sicht stabilitätskritischste Komponente eines Triebwerks dar. Sein Versagen kann eine schwere Schädigung oder sogar den Ausfall des gesamten Triebwerks hervorrufen. Um eine ausreichende Betriebssicherheit zu gewährleisten, muss die Arbeitslinie daher so festgelegt werden, dass unter Berücksichtigung aller Betriebszustände ein ausreichender Abstand zur Stabilitätsgrenze vorhanden ist. Die limitierenden Strömungsphänomene treten insbesondere in hochbelasteten, transsonischen Verdichtern oft an der Rotor-Blattspitze auf.

Gelänge es, den Betriebsbereich des Verdichters hin zu niedrigeren Massenströmen zu erweitern, könnte durch Verlagerung der Arbeitslinie bei größerer Sicherheitsreserve ein höheres Druckverhältnis mit erhöhter Effizienz erreicht werden. Hierfür eigenen sich Gehäusestrukturierungen, die eine gezielte Beeinflussung der Strömung im kritischen Blattspitzenbereich erlauben. Da es sich um eine passive Maßnahme handelt, sind die stabilitätsfördernden Mechanismen nur durch Druckkräfte des Strömungsfeldes getrieben.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist, einen möglichst umfassenden Überblick über die Auswirkungen von Gehäusestrukturierungen auf die Stabilität und die Leistungsdaten einer transsonischen Verdichterstufe zu geben.

Die vorgestellten Ergebnisse stammen aus experimentellen Untersuchungen mit Umfangsnuten als Gehäusestrukturierung. Die Leistungsdaten werden den Referenzmessungen mit glattem Gehäuse gegenübergestellt. Hochauflösende Messverfahren erlauben die detaillierte Diskussion der Versagensmechanismen beider Konfigurationen. Es zeigt sich, dass die Spaltwirbel-Stoß-Interaktion einen entscheidenden Einfluss auf die Blockageentstehung an der Blattspitze hat. Die Konfiguration mit Umfangsnuten zeigt einen deutlichen Zugewinn an stabilem Arbeitsbereich, die stabilitätskritischen Mechanismen treten aber weiterhin an der Blattspitze auf.

Weitere Untersuchungen zeigen die positiven Auswirkungen eines Rotor-Neuentwurfs mit Vorwärtspfeilung sowie die veränderte Charakteristik der Stufe mit einer nicht-achsensymmetrischen Gehäusestrukturierung. Die Ergebnisse werden jeweils mit der Basiskonfiguration aus dem ersten Teil verglichen und dienen der Potentialabschätzung.

Parametervariationen beider Gehäusestrukturierungen zeigen den Einfluss der geometrischen Gestaltung sowie deren Vorteile und Grenzen der Nutzbarkeit.