Generalized Fan Stage Loss Model

Die aerodynamische Leistung der Fan-Stufe in modernen zivilen Turbofan-Triebwerken ist entscheidend für Schuberzeugung, Treibstoffeffizienz und Betriebssicherheit. Konventionelle Verlustmodelle sind jedoch oft nur eingeschränkt in der Lage, das Verhalten unter transsonischen und Nichtauslegungsbedingungen wie Stall, Choke oder ungewöhnlichen Betriebsregimen vorherzusagen. Diese mangelnde Allgemeinheit und physikalische Interpretierbarkeit begrenzt ihre Anwendbarkeit bei der Optimierung des Designs und der genauen Leistungsschätzung,insbesondere bei ungewöhnlichen Konfigurationen oder unter schwierigen Umgebungsbedingungen. Daher wird ein robusteres und flexibleres Modellierungsframework benötigt.In dieser Arbeit wird ein verallgemeinertes Verlustmodell für die Fan-Stufe entwickelt, das Mittelachsenrechnung mit empirisch validierten Verlustkorrelationen für Profilverluste, Seitenwandverluste und Stoßverluste kombiniert. Eine systematische Methodik wird eingesetzt, um das Strömungsverhalten außerhalb des Auslegungspunktes zu erfassen, Wirkungsgrad und Druckverhältnis zu bestimmen sowie Stall- und Choke-Grenzen zu identifizieren. Das Modell ist darauf ausgelegt, die Abhängigkeit von fallspezifischen Parametern zu verringern und gleichzeitig die physikalische Interpretierbarkeit zu bewahren. MATLAB-basierte Routinen dienen der Erstellung von Kennfeldern, der Bewertung radialer Verlustverteilungen und der Durchführung von Sensitivitätsanalysen in Bezug auf Naben-Spitzen-Verhältnis und Machzahl.Die Validierung anhand experimenteller Daten und hochaufgelöster Simulationen zeigt, dass das vorgeschlagene Modell Leistungstrends über ein breites Betriebsspektrum hinweg zuverlässig vorhersagt. Die Ergebnisse bestätigen die Genauigkeit der Schätzungen von Druckverhältnis und Wirkungsgrad und erfassen gleichzeitig Stall- und Choke-Grenzen mit höherer Robustheit als bestehende Modelle. Diese Arbeit liefert somit ein vielseitiges Framework für die Leistungsprognose von Fan-Stufen, unterstützt flexible Entwurfsstudien und eröffnet Perspektiven für zukünftige Erweiterungen auf mehrstufige und dreidimensionale CFD-Analysen.