Erprobung und Anwendung von Oberflächensensoren und Sensorarrays zur Erfassung instationaerer Wandschubspannungen an Schaufelprofilen

Burkhardt, Oliver

Erprobung und Anwendung von Oberflächensensoren und Sensorarrays zur Erfassung instationaerer Wandschubspannungen an Schaufelprofilen

dc.contributor.advisor	Nitsche, Wolfgang	en
dc.contributor.author	Burkhardt, Oliver	en
dc.contributor.grantor	Technische Universität Berlin, Fakultät V - Verkehrs- und Maschinensysteme	en
dc.date.accepted	2003-12-19
dc.date.accessioned	2015-11-20T15:17:04Z
dc.date.available	2004-03-11T12:00:00Z
dc.date.issued	2004-03-11
dc.date.submitted	2004-03-11
dc.description.abstract	Die vorliegende Arbeit beschreibt die Erprobung und Anwendung von Oberflaechensensoren und Sensorarrays zur Erfassung instationaerer Wandschubspannungen an Schaufelprofilen. Experimentelle Voruntersuchungen von thermoresistiven Sensoren unterschiedlicher Bauweisen dienen dabei der Charakterisierung statischer und dynamischer Eigenschaften. Im Rahmen der Experimente wird neben konventionellen Oberflaechenheissfilmen auch mikrotechnisch gefertigte MEMS-Heissfilme und Oberflaechenhitzdraehte betrachtet. Neben Untersuchungen zur Kalibration, Sensitivitaet und Grenzfrequenz der Sensoren werden auch Versuche zur Erhöhung der mechanischen Robustheit von Oberflaechenheissfilmen und der Erfassung des Thermalhaushaltes von Oberflaechenhitzdraehten durchgefuehrt. Die mechanische Robustheit von Heissfilmen laesst sich beispielsweise durch eine duenne Oberflaechenbeschichtung erhoehen. Dies wirkt sich jedoch daempfend auf die dynamischen Eigenschaften des beschichteten Sensors aus. MEMS-Oberflaechenheissfilme und Senflex-Heissfilme werden daher hinsichtlich des Einflusses solcher Schutzschichten auf das Signal/Rausch-Verhaeltnis und der Grenzfrequenz erprobt. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Erhoehung der Materialschutzschichtdicke zu einer Reduktion der Grenzfrequenz und der Sensitivitaet fuehrt. Die Erfassung des Thermalhaushaltes von Oberflaechenhitzdraehten sowie der gegenseitigen thermischen Beeinflussung dieser Sensoren in einem Array waren ebenfalls von Interesse. Es zeigt sich, dass die thermische Entkopplung von Sensor und Struktur bei einem Hitzdraht im Vergleich zur wandbuendigen Sensoranordnung eines Heissfilms zu einer deutlich erhoehten Sensor-Sensitivitaet fuehrt. Einen weiteren zentralen Aspekt dieser Arbeit stellt die Anwendung von Oberflaechensensoren zur Erfassung instationaerer Wandschubspannungsverteilungen dar. Untersuchungen an Turbomaschinenschaufeln in Profilpruefstaenden bilden hierbei ein geeignetes Anwendungsbeispiel, da sie die Beobachtung grundlegender Mechanismen der Grenzschichttransition an Schaufelprofilen unterschiedlicher 2- & 3D-gekruemmter Geometrien ermoeglichen. Bedingt durch sehr duenne Schaufelgrenzschichten ist eine sehr sorgfaeltige Applizierung der Sensoren entscheidend fuer die Qualitaet der Messergebnisse. Neben konventionellen Oberflaechenheissfilmen werden auch Oberflaechenhitzdraehte als Kaptonfolien-Arrays zur Anwendung gebracht. Eine Erweiterung des Anwendungspotentials bilden auch Untersuchungen an einer rotierenden Verdichterschaufel. Die Nutzung eines miniaturisierten Mehrkanal-CT-Anemometers sowie einer Telemetrieeinheit zur verbindungslosen Datenuebertragung ermoeglicht dabei die kontinuierliche simultane Datenerfassung von Stroemungsinformationen an der Schaufel. Die erfassten Informationen zeigen die Auswirkungen einer periodisch-instationaeren Zustroemungen auf die Mechanismen der Grenzschichttransition an Verdichter- und Turbinenschaufeln. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen insbesondere auf dem Gebiet der Schaufelaerodynamik neue Einsatzbereiche thermoresistiver Oberflaechensensoren unterschiedlicher Bauweisen auf. Die Nutzung von Sensorarrays an Verdichter- und Turbinenschaufeln erlaubt dabei exemplarisch die instationaere Erfassung von Wandschubspannungen und grundlegender Mechanismen der Grenzschichttransition.	de
dc.identifier.uri	urn:nbn:de:kobv:83-opus-5161
dc.identifier.uri	https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/911
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-614
dc.language	German	en
dc.language.iso	de	en
dc.rights.uri	http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/	en
dc.subject.ddc	620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten	en
dc.subject.other	Grenzschichttransition	de
dc.subject.other	MEMS	de
dc.subject.other	Nachlaufdelle	de
dc.subject.other	Oberflaechenheissfilm	de
dc.subject.other	Oberflaechenhitzdraht	de
dc.subject.other	Wandschubspannung	de
dc.subject.other	Boundary layer transition	en
dc.subject.other	MEMS	en
dc.subject.other	Surface hot film	en
dc.subject.other	Surface hot wire	en
dc.subject.other	Wall shear stress	en
dc.title	Erprobung und Anwendung von Oberflächensensoren und Sensorarrays zur Erfassung instationaerer Wandschubspannungen an Schaufelprofilen	de
dc.title.translated	Test and Application of Surface Sensors and Sensorarrays for Measurement of transient Wall Shear Stresses on blades	en
dc.type	Doctoral Thesis	en
dc.type.version	publishedVersion	en
tub.accessrights.dnb	free	*
tub.affiliation	Fak. 5 Verkehrs- und Maschinensysteme	de
tub.affiliation.faculty	Fak. 5 Verkehrs- und Maschinensysteme	de
tub.identifier.opus3	516
tub.identifier.opus4	521
tub.publisher.universityorinstitution	Technische Universität Berlin	en

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