Windmessung mittels Segelflugzeug F. Pätzold, Kurzfassung Die präzise Messung der Luftbewegung in der Atmosphäre ist essentiell für die meteorologische Grundlagenforschung. Die fluggestützte in-situ Windvektormessung ist hierfür ein wichtiges Werkzeug. Sie basiert auf der Messung des Anströmvektors des Flugzeugs, des Geschwindigkeitsvektors gegenüber der Erde und der Lagewinkel zur Transformation in ein gemeinsames Koordinatensystem zur Vektordifferenzbildung (direkte in-situ Vektordifferenz-Windmessung). Eigenschaften des Trägersystems gehen allenfalls als Störgrößen in die Messung ein. Segelflugzeuge weisen aufgrund ihrer aerodynamischen Güte eine hohe Sensitivität gegenüber der Vertikalwindkomponente in der Größenordnung von 10-2 m s-1 auf. Die Nutzung dieser Eigenschaft zur in-situ Vertikalwindbestimmung ist in einigen Quellen beschrieben. Allen gesichteten Lösungen ist gemein, dass niederfrequente Flugbahnschwingungen dem ermittelten Vertikalwind überlagert sind. In der vorliegenden Arbeit wird die in-situ Messung des Windvektors unter Nutzung der Flugleistung eines Segelflugzeuges signifikant weiterentwickelt. Mittels analytischer und statistischer Modelle für die Beschreibung der Atmosphäre wird der Einfluss der bewegten Atmosphäre auf die Flugleistung abgeschätzt. Subjektive Bewertungen der herrschenden Turbulenz dienen zusammen mit Turbulenzkriterien aus der Meteorologie und der Luftfahrt, angewandt auf die Flugmessdaten, der Quantisierung der erfahrungsgemäß zulässigen Turbulenzintensität. Die Windvektormessung erfolgt ohne Modellannahmen zum Windfeld. Das Flugleistungsmodell des verwendeten Segelflugzeugs wird um den Widerstandseinfluss der Reynoldszahl, des Schiebewinkels und der Drehbeschleunigung um die Querachse erweitert. Es ist Bestandteil der aus dem Impulsänderungssatz hergeleiteten und vereinfachten Bewegungs-gleichungen, wobei die angewandten Vereinfachungen in Hinblick auf die Messaufgabe diskutiert werden. Mit Hilfe der Flugleistung des Segelflugzeugs in den Bewegungsgleichungen wird ein Transformationswinkel bestimmt, der eine alternative Transformationsfolge zwischen den Koordinatensystemen im Vergleich zur direkten in-situ Windmessung ermöglicht. Anhand von Flugmessdaten und dem Vergleich mit bodengestützten Wind-LiDAR-Messungen wird die Plausibilität des aufgestellten Flugleistungsmodells, der Bewegungsgleichung und der angewandten Transformationsfolge gezeigt, wobei die nicht bekannten Unsicherheiten der vorliegenden Flugzustandsgrößen diese Betrachtungen limitieren. Eine konservative Abschätzung der maximalen absoluten Unsicherheit zeigt relevant kleinere Unsicherheit der segelflugleistungsbasierten gegenüber der direkten in-situ Vektordifferenz-Windmessung. Das Segelflugzeug empfiehlt sich als hervorragender Erprobungsträger für fluggestützte Windmesstechnik, weil derselbe Windvektor mit unterschiedlicher Wichtung der Messgrößen bestimmt werden kann, womit Messfehler einiger wichtiger Flugzustandsgrößen beobachtbar werden.

Kurzfassung der Dissertation: Untersuchungen zur Beeinflussbarkeit des Betriebsverhaltens von Bürstendichtungen Bürstendichtungen stellen, bedingt durch das Spaltweiten verringernde, radial adaptive Verhalten eine Alternative zur Abdichtung der betriebsnotwendigen Abstände zwischen rotierenden und stehenden Bauteilen in Turbomaschinen dar. Durch die Reduzierung der Spaltweite, im Vergleich zur Labyrinthdichtung, sowie der hohen Druckbelastbarkeit kann zum einen die Leckage deutlich verringert und zum anderen der zur Abdichtung benötigte axiale Bauraum verkürzt werden. In der vorliegenden Arbeit werden Bürstendichtungen, nicht nur für den Einsatz in Dampfturbinen und über die bekannten Einflussparameter hinaus, in Hinblick auf die Beeinflussung und die Vorhersagbarkeit des Betriebsverhaltens untersucht. Hierzu wird als wesentlicher Parameter die axiale Anstellung des Borstenpaketes sowie die Kombination mit verschiedenen Ausführungen der Seitenplatten und der Seitenplattenmontage betrachtet. Aufbauend auf einer ausführlichen Untersuchung der Einflussparameter an der mit Druckluft betriebenen Mess- und Prüfeinrichtung sowie der Ableitung einer Strukturierung auf Grundlage des Betriebsverhaltens, wird das Verhalten sowie die Dichtwirkung entsprechender Dichtungen unter kraftwerkstypischen Bedingungen am Heißdampf-Dichtungsprüfstand untersucht. Neben einer anschließenden Beurteilung des Verschleißverhaltens der Wellenoberfläche und der Borsten wird eine alternative Borstenlegierung gesondert betrachtet. Es wird gezeigt, dass über die gezielte Beeinflussung der axialen Anstellung geklemmter Borstenpakete ein wesentlicher Einfluss auf das Betriebsverhalten genommen werden kann. Dabei wurde unter anderem für Borstenpakete mit einer nur geringen axialen Anstellung ein ausgeprägtes Vermögen zur Schließung eines radialen Spaltes zur Welle festgestellt. Darüber hinaus zeigen diese Borstenpakete für Druckdifferenzen unterhalb von 10bar Schwingungen, welche sowohl akustisch als auch über einen erhöhten Verschleiß wahrzunehmen sind. Eine Variation der Klemmkraft der Seitenplatten an der Einspannung des Borstenpaktes sowie eine Variation der Innenkontur der Rückplatte zeigte eine Verbesserung des Dichtverhaltens bestimmter Borstenpakete. Eine gezielte Beeinflussung des Betriebsverhaltens eines gering angestellten Borstenpaketes konnte mit einer in axialer Richtung beweglichen Rückplatte erreicht werden. Die Versuche zeigten, dass der durch die Borstenschwingungen verursachte Verschleiß unterhalb einer Druckdifferenz von 10bar mit einem geringeren Abstand des Borstenpaketes zur Rückplatte reduziert werden kann. Entsprechend variabel zur Druckbelastung ausgeführt, können die als vorteilhaft getesteten Eigenschaften der gering angestellten Borstenpakete bei höheren Druckdifferenzen erhalten werden. In einer abschließenden Betrachtung zur analytischen Abschätzung der Leckage sowie der Durchflusskoeffizienten der verschiedenen Borstenpakete, ausgehend von den Messergebnissen, wird des Weiteren auf den Einfluss der Borstenpaketfertigung eingegangen. Borstenpakete mit einem ausgeprägten Schwingverhalten zeigten dabei deutlich geänderte Durchflusskoeffizienten für Druckdifferenzen unterhalb von 1bar. Zur Erweiterung der numerischen Abschätzung der Leckage wurde für die Borstenpakete neben der Abhängigkeit der Porosität vom Differenzdruck auch die Abhängigkeit der Porosität von der radialen Höhe und der Borstenpaketbreite betrachtet.