Wellengasturbine I - Allison-Gasturbinenprüfstand

Dieser Prüfstand besteht am LTF bereits seit den 80er Jahren und wird kontinuierlich erweitert und modernisiert. Er dient der Untersuchung des Betriebsverhaltens von Hubschraubergasturbinen und zur Validierung von Rechenmodellen. Testobjekt ist ein Wellenleistungstriebwerk des Typs Allison 250-C20B für zivile und militärische Hubschrauber (z.B. Bölkow Bo 105), welches mit einer produzierten Stückzahl von 30.000 zu den erfolgreichsten Triebwerken der Welt zählt.

Eine Besonderheit des Prüfstandes ist die vollständig frei programmierbare digitale Regelung (FADEC: Full Authority Digital Engine Control), welche durch Variation der Paramater eine detaillierte Studie der Vorgänge am Triebwerk ermöglicht. Weiterhin ist das Triebwerk über den gewöhnlichen Umfang hinaus mit Messtechnik instrumentiert, wodurch unter anderem auch Instabilitäten des Verdichters untersucht werden können.

Aktuelle Forschungsarbeiten beschäftigen sich mit der Entwicklung eines Schnellstartsystems, mit dessen Hilfe die Startzeit des Triebwerks von Stillstand auf Ground Idle von 26 auf drei Sekunden verkürzt werden kann. Dazu wird Druckluft durch Lavaldüsen auf die Schaufeln der Radialstufe des Verdichters geblasen und die Hochdruckwelle durch die Impulsübertragung beschleunigt. Das System soll den sicheren Betrieb von zweimotorigen Helikoptern mit nur einem aktiven Triebwerk ermöglichen, indem das zweite bei Triebwerksausfall innerhalb kürzester Zeit gestartet werden kann.

Alleinstellungsmerkmal des Prüfstandes ist die Kopplung mit dem Helikopter-Simulator des Lehrstuhls für Hubschraubertechnik der TUM. Diese ermöglicht durch Hardware-in-the-Loop-Tests eine Erprobung des Schnellstartsystems nahe den realen Einsatzbedingungen im Hubschrauber sowie die Untersuchung der Bedienung und Akzeptanz in Pilotenstudien.

Triebwerksdaten

• Typ: Allison 250-C20B
• Hersteller: früher Allison Engine Company, jetzt Rolls-Royce (M250)
• Leistung: 313 kW beim Start für 5 min, max. Dauerleistung 298 kW
• Verdichter: 6 Axialstufen, 1 Radialstufe
• Druckverhältnis: 7,2:1 Max.
• Massenstrom: 1,56 kg/s
• Turbinen: zweistufige Hochdruckturbine, zweistufige Freilaufturbine, ungekühlt
• Drehzahlen: N1 max = 53000 1/min, N2 max = 33290 1/min,Abtriebswelle 6016 1/min
• Gewicht: 72 kg
• Abmessungen: 1034 x 589 x 483 mm

Schnellstartsystem

• Massenstrom: 0,5 kg/s
• Düsenanzahl: 1-5
• Austrittsmachzahl: 2,3
• Druckbehälter: max. 300 bar, 15 l
• Startzeit 0 - N1P = 60%: < 3s
• Gewicht: ca. 45 kg

Messtechnik

• Erfassung stationärer Daten mit 10 Hz
• Erfassung von dynamischen Daten mit bis zu 1 kHz
• Ifta-Hochfrequenzsystem zur Analyse von Messdaten mit bis zu 51,2 kHz
• Ca. 30 Temperatursensoren, 24 Drucksignale für Betriebsdrücke, bis zu 16 hochdynamische Drucksensoren in den Verdichterstufen
• Erfassung der Drehzahlen, des Drehmoments sowie zwei Messverfahren für den Brennstoffmassenstrom (Kraftstoffwaage und Flügelradsensor)
• Regelung durch dSpace-Echtzeitsystem, Reglermodell ist ein echtzeitfähiges Zustandsraummodell

Ansprechpartner: Niklas Kuen