Optimierung der Ölzufuhr in Triebwerkslagerkammern

Überblick

Ein effizientes Ölsystem wird benötigt, um für alle Getriebe und Lager eines Triebwerks Öl zur Schmierung und vor allem Kühlung zuverlässig zur Verfügung zu stellen. Zur Lagerung der Wellen werden aufgrund ihrer guten Notlaufeigenschaften Wälzlager eingesetzt, welche die Aufhängung der Triebwerkswellen gewährleisten. Das Öl für die Schmierung des Lagers wird über Öldüsen in den Lagerkammern eingebracht. Neben anderen Versorgungstrategien wird die Unterflurschmierung (under-race lubrication) als effektive und sichere Methode zur Kühlung verwendet.   Hierfür wird das Öl über eine Düse, wie in Abbildung 1 gezeigt, auf die Triebwerkswelle geleitet und von dort durch das Rotorinnere an die Unterseite des Lagersitzes geführt.

Für die Effizienzsteigerung des Triebwerks ist es erforderlich die Versorgung des Wälzlagers mit Öl zu optimieren, um die Kühlung und Schmierung bei gleichzeitiger Minimierung der Verlustleistung zu verbessern.  Deswegen sind ein tieferes Verständnis über die Ölzuführung sowie die Ölverteilung, Ölbedarf und Interaktion zwischen Flüssigkeit und Welle erforderlich für die Entwicklung neuer Konzepte mit unterschiedlichen Geometrien.

Am ITS wird die Ölversorgung in einer triebwerkstypischen Lagerkammer mittels experimenteller und numerischer Methoden untersucht.

Für die experimentelle Untersuchung der Ölzufuhr zum Lager wird am Institut ein modularer Prüfstand verwendet (link zum Prüfstand), mit dem unterschiedliche Konfigurationen und Geometrien getestet werden können. Im Prüfstand können unterschiedliche Betriebsbedingungen erstellt werden, um den Einfluss von wichtigen Betriebsparametern auf die Ölverteilung und Temperaturverteilung am Lager zu untersuchen. Die Einflussparameter die im Prüfstand bestimmt werden sind:

  • Öltemperatur
  • Drehzahl
  • Axiale Last auf Lager
  • Einspritzwinkel
  • Ölstrom

Für die numerische Untersuchung der Ölversorgung wird eine mehrphasige Smoothed-Particle-Hydrodynamics (SPH) Methode verwendet. Ziel der Untersuchung ist die Beschreibung folgender Aspekte:

  • Bewertung der Ölverteilung
  • Charakterisierung der Effizienz des Ölsystems bei unterschiedliche Betriebsbedingungen
  • Quantifizierung der Gleichmäßigkeit der Ölverteilung
  • Bewertung von verschiedenen Geometrien, die eine bessere Ölschmierung ermöglichen