Das Institut für Test und Simulation für Gasturbinen
DLR-Institut für Test und Simulation für Gasturbinen: Neues Zuhause für Digitalisierung
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Das DLR-Institut für Test und Simulation für Gasturbinen erforscht neue Triebwerkstechnologien durch die Kopplung numerischer und experimenteller Verfahren zur Validierung innovativer Lösungsansätze. Die technischen Herausforderungen sind dabei hohe Drehzahlen, hohe Temperaturen, hohe Druckverhältnisse und damit verbundene komplexe Lastkollektive der Triebwerkskomponenten in Verbindung mit erhöhten Lebensdaueranforderungen.
Ein besonderer Fokus der Forschungsaktivitäten des Instituts ist das "Virtuelle Triebwerk" bei dem das Institut gemeinsam mit dem Institut für Antriebstechnik die Aktivitäten verschiedener Institute im DLR koordiniert. Das Virtuelle Triebwerk ist einerseits eine Kompetenzplattform, um verschiedene physikalischen Aspekte des Triebwerks (Strukturmechanik, Aerodynamik, Akustik, Verbrennung, ...) über alle Komponenten des Triebwerks (Verdichter, Brennkammer, Turbine, Sekundärluftsystem, ...) über alle Skalenebenen hinweg sowohl numerisch effizient als auch hochgenau abbilden zu können (Virtuelles Triebwerk). Zudem soll mit hochauflösenden Verfahren eine virtuelle Testbench für simulationsbasierte Triebwerksentwicklung entwickelt und angewendet werden. Diese hochauflösenden Verfahren werden sowohl im Bereich der Aerodynamik (Skalenauflösende CFD) als auch im Bereich der Langzeitschädigung strukturmechanischer Teile des Triebwerks (Computational Multiphysics) entwickelt und angewendet.
Die digitalen Modelle neuer und innovativer Lösungen für Bauteile und Komponenten in zukünftigen Triebwerken und Gasturbinen müssen im betriebsrelevanten Leistungs- und Maßstabsbereich experimentell validiert werden. In einzigartigen Prüfständen, welche erstmalig erlauben, mechanische, thermische und chemische Lasten (Abgas) für Turbinenkomponenten zu überlagern, wird getestet, ob neue Werkstoffe oder Herstellungsverfahren (z.B. additive Verfahren) den erhöhten Lebensdaueranforderungen gerecht werden. Damit sollen neue skalenauflösende, numerische Methoden experimentell validiert werden, mit denen die Lebensdauer und Zuverlässigkeit anspruchsvoller, hochbelasteter Bauteile und Werkstoffe berechnet und optimiert werden.
Ein effizienter und vor allen nachverfolgbarer Abgleich zwischen den vielfältigen Simulations- und Versuchsergebnissen insbesondere bei den sehr großen Datenmengen ist jedoch nur möglich, wenn alle dabei beteiligten Ressourcen und Prozesse und deren Metadaten als auch die beteiligten Datenflüsse digital durchgängig und durchgehend abgebildet werden. Diese Forschungsaktivität bildet somit das digitale Rückgrat das alle anderen Forschungsschwerpunkt des Instituts durchzieht.
Forschungsschwerpunkte
- Aufbau einer Plattform für ein virtuelles Triebwerk (Virtuelles Triebwerk)
- Entwicklung und Anwendung numerischer Methoden für skalenauflösende Simulation im Bereich der CFD (Skalenauflösende CFD)
- Entwicklung und Anwendung erweiterter, physikbasierter Lebensdauerberechnungsverfahren (Computational Multiphysics) mit dem Fokus auf skalenauflösende Verfahren (multiscale), die alle physikalischen Effekte und deren Wechselwirkungen (multi-physics) berücksichtigen.
- Entwicklung, Aufbau und Betrieb von Rotorprüfständen von Triebwerksrotorscheiben und -trommeln und des Sekundärluftsystems unter triebwerksnahen Belastungen und der zugehörigen Messtechnik (Rotorprüfung)
- Entwicklung, Aufbau und Betrieb von Prüfständen von Werkstoffen und Bauteilen unter gleichzeitiger mechanisch, thermischen und chemischen Lasten (Korrosion) und der zugehörigen Messtechnik (MTC-Prüfung)
- Entwicklung von Methoden, Software und -hardwarelösungen zur Digitalisierung und Automatisierung aller administrativen und wissenschaftlichen Prozess und Daten und des dazugehörigen Datenmanagements (Digitalisierung, Automatisierung und Datenmanagement)