Design eines Düsenprüfstands

Abstract

Diese Diplomarbeit setzt sich mit dem Entwurf eines Düsenprüfstandes auseinander. Dazu wird zuerst ein Blick auf bestehende Prüfstände geworfen und deren Aufbau analysiert, um daraus ein Design abzuleiten, welches die gestellten Anforderungen erfüllt. Hauptmotivation dieses Entwurfs ist es eine Prüfstandsumgebung zu schaffen, um einen Prüfling aus dem Forschungsprojekt exFan testen zu können. Dieses Projekt setzt sich mit der Frage auseinander, ob die Abwärme einer Brennstoffzelle eines wasserstoffbetriebenen Flugzeugs dazu genutzt werden kann, zusätzlichen Schub zu erzeugen. Die Abwärme soll mittels Wärmetauscher in den Luftstrom eines Mantelpropellers eingebracht werden und mithilfe des Meredith-Effekts beziehungsweise Junkers Düsenkühlerprinzips zur Schuberzeugung genutzt werden. Um das auf einem Prüfstand zu bewerkstelligen ist ein Luftstrom, welcher durch eine Verdichteranlage bereitgestellt wird, notwendig. Ebenso muss Wärmeenergie bereitgestellt werden, um den Wärmetauscher des Prüflings zu speisen. Des Weiteren muss die übertragene Wärme im Wärmetauscher und der erzeugte Schub des Prüflings genau gemessen werden, um auf den erreichten Effekt schließen zu können. Ein wichtiger Teil dieser Arbeit ist auch die Abschätzung der Prüfstandscharakteristik und die Erstellung von Kennfeldern, welche einen möglichen Betriebsbereich prognostizieren. Ebenso wird eine konkrete Konstruktion ausgeführt und mittels technischer Dokumentation und Zeichnungen festgehalten.

This diploma thesis deals with the design of a nozzle test bench. To this purpose, existing test benches are first examined and their structure analysed in order to derive a design that meets the specified requirements. The main motivation for this design is to create a test bench environment in order to test a specimen from the exFan research project. This project deals with the question of whether the waste heat from a fuel cell in a hydrogen-powered aircraft can be used to generate additional thrust. The waste heat is to be introduced into the air flow of the ducted fan by means of a heat exchanger and used to generate thrust with the help of the Meredith effect or Junkers jet cooler principle. Therefore, it is necessary to provide an airflow by a compressor system, also to supply thermal energy to feed the test specimen's heat exchanger. Also, it is crucial to accurately measure the heat transferred in the heat exchanger and the thrust generated by the test object in order to precisely determine the effect achieved. An important part of this work is also the estimation of the test bench characteristics and the creation of characteristic maps that predict a possible operating range. A concrete design is also carried out and recorded by means of technical documentation and drawings.