Untersuchung des Wärmeübergangs durch Einspritzkühlung für ein Höchstleistungsgetriebe

Angesichts des hohen Nebenstromverhältnisses moderner Flugtriebwerke wird die Einführung eines Getriebes zwischen Niederdruckturbine und Fan attraktiv. Ein solches Getriebe stellt aufgrund der hohen übertragenen Leistung und den stark gegensätzlichen Forderungen nach geringem Gewicht, geringem Bauraum, hoher Zuverlässigkeit und hohem Wirkungsgrad eine große Herausforderung dar und erfordert die genaue Kenntnis aller beteiligten Vorgänge.

Einer dieser Vorgänge ist der Wärmeübergang durch Einspritzkühlung. In der vorliegenden Arbeit wird eine neuartige experimentelle Methode vorgestellt, mit der dieser am rotierenden Zahnrad ortsaufgelöst und mit hoher Genauigkeit bestimmt werden kann. Der Wärmeübergang wird mit dieser Methode für einen breiten Betriebsbereich ermittelt. Der Einfluss von Ölvolumenstrom, Drehzahl und Düsenwinkel auf den Wärmeübergang wird anhand dieser ortsaufgelösten Daten erstmalig beschrieben.

Es zeigt sich die Existenz einer kritischen Drehzahl, bei deren Überschreitung ein deutlicher Rückgang des Wärmeübergangs auftritt. Durch Verwendung eines kinematischen Modells des Ölaufpralls können die beobachteten Zusammenhänge erklärt werden. Örtlich aufgelöste Messungen des Wärmeübergangs sind durch die vorliegende Arbeit erstmalig und für einen weiten Parameterbereich verfügbar. Dies versetzt den Entwickler in die Lage, eine ausreichende Kühlung der Zahnflanken sicherzustellen, ohne dabei Wirkungsgradverluste durch zu hohe eingesetzte Ölvolumenströme zu riskieren.