Wissenschaftliche/r Mitarbeiter/in (w/m/d)

Weiterentwicklung von Turbulenzmesstechnik

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Peter Jeschke

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Stefan Henninger

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Lehrstuhl und Institut für Strahlantriebe und Turbomaschinen

Unser Profil

Als Teil des „Kompetenzzentrums für Verdichter“ unterhält das Institut für Strahlantriebe und Turbomaschinen eine strategische Partnerschaft mit dem Industriepartner MTU Aero Engines zur gemeinsamen Forschung und Entwicklung von Technologien für Flugtriebwerke der nächsten Generation. Seit 2007 werden am Institut in Kooperation mit der MTU in zahlreichen experimentell-numerischen Forschungsvorhaben Fragestellungen zur Aerodynamik sowie Aeroelastik & Aeroakustik von Verdichtern untersucht.

Voraussetzung für eine nachhaltige Mobilität sind sowohl leistungsfähige als auch umweltfreundliche Verkehrssysteme. Vor allem in der Luftfahrt sind innovative Technologien, die Emissionen senken und die Effizienz steigern, gefragt. Für Klein- und Regionalflugzeuge könnten sich zukünftig batterie- und hybridelektrische Antriebe durchsetzen und auf der Mittelstrecke sind brennstoffzellenbasierte Antriebe eine attraktive Alternative. Für die Langstrecke sind hocheffiziente Fluggasturbinen, die mit nachhaltig hergestellten Kraftstoffen betrieben werden, jedoch konkurrenzlos.  

Zur weiteren Effizienzsteigerung der Gasturbine müssen aufgrund des bereits erreichten hohen technologischen Entwicklungsstandes zukünftig zunehmend kleine Potentiale erschlossen werden. Bereits kleinskalige Veränderungen (bspw. Vorderkanten- oder Oberflächenvariationen) im Verdichter eines Triebwerks können eine große Auswirkung auf den spezifischen Kraftstoffverbrauch mit sich bringen. Die zuverlässige Erfassung dieser kleinskaligen Strömungseffekte beim Technologienachweis in Validierungs-Rigs stellt zunehmende Anforderungen an die eingesetzten Strömungsmesstechniken.

Im Bereich der Turbulenzmessung hat sich die intrusive Hitzdraht-Anemometrie als bewährte und kostengünstige Messtechnik etabliert. Das Messprinzip beruht auf der Wärmeabgabe eines überhitzten sehr dünnen Drahtes in das vorbeiströmende Medium. Der Wärmeübergang ist abhängig von der Drahttemperatur sowie den Strömungsgrößen Temperatur, Dichte und Geschwindigkeit. Gemessen wird die Spannung, die benötigt wird, um den Draht auf konstanter Temperatur zu halten. Eine vorausgehende Kalibrierung erlaubt quantitative Rückschlüssen von der gemessenen Spannung auf die Massenstromdichte und die Strömungswinkel.

In Kooperation mit der MTU wurde einem vorangehenden Forschungsvorhaben anhand von laseroptischen Turbulenzmessungen gezeigt, dass die Hitzdraht-Anemometrie in Verdichterströmungen den Turbulenzgrad stark unterschätzt. Ursächlich hierfür sind die frequenzabhängige Dämpfungseigenschaft des Hitzdrahts sowie die Bauform der Sonden. In diesem Vorhaben sollen die Defizite der Hitzdraht-Anemometrie analysiert und Design-Verbesserungen bzw. Messwertkorrekturen abgeleitet werden.

Ihr Profil

Voraussetzung für die Einstellung ist ein abgeschlossenes Hochschulstudium (Master oder vergleichbar) der Fachrichtung Maschinenbau, Luft- und Raumfahrttechnik oder einer vergleichbaren Ingenieursdisziplin.

Wünschenswerte Qualifikationen sind:

  • Gute bis sehr gute Studienleistungen
  • Kenntnisse in der Aero-/Thermodynamik von Turbomaschinen
  • Kenntnisse auf dem Gebiet der Strömungsmesstechnik
  • Gute oder sehr gute Deutsch- und Englischkenntnisse in Wort und Schrift

Ihre Aufgaben

Ihre Aufgabe im Forschungsvorhaben ist die Erweiterung der Einsatzgrenzen der Hitzdraht-Anemometrie, um diese zur universellen, schnell-einsetzbaren Turbulenzmessung in Validierungs-Rigs zu befähigen. Zum einen ist die spektrale Auflösung auch für Strömungen mit deutlich kleineren Längenmaßen als der Hitzdrahtlänge zu erweitern und zum anderen ist die Hitzdrahtmesstechnik für den Einsatz bei höheren Strömungstemperaturen zu qualifizieren.

Hierzu ist geplant im Freistrahl-Kalibrierkanal des Instituts eine Nachlaufströmung bei unterschiedlichen Turbulenzgrad-Niveaus mit einer laseroptischen Messtechnik zunächst vollständig zu charakterisieren. Anschließend werden Messungen mit unterschiedlichen Hitzdraht-Sondentypen, sowie Variationen des Drahtmaterials und des Längen-Durchmesserverhältnisses des Hitzdrahts durchgeführt. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen werden Design-Verbesserungen der Hitzdrahtsonden abgeleitet und durch Messungen in der Referenzströmung bewertet. Für die konstruktiv nicht-vermeidbaren Abweichungen werden Korrekturmethoden entwickelt, die auf die Messdaten angewendet werden.

Da die Einsatztemperatur für die Hitzdraht-Anemometrie bisher auf etwa 100 °C begrenzt ist, wird darüber hinaus ein Konzept erarbeitet für Turbulenzmessungen bei hohen Temperaturen inkl. eines Referenztestfalls zur Validierung. Wesentliche Herausforderung ist, dass mit Steigerung der Strömungstemperatur eine Reduzierung der spektralen Auflösung einhergeht, die es zu vermeiden gilt.

Es ist vorgesehen, dass die Forschungsergebnisse des Vorhabens in eine Promotion überführt werden.

Unser Angebot

Die Einstellung erfolgt im Beschäftigtenverhältnis.
Die Stelle ist zum nächstmöglichen Zeitpunkt zu besetzen und befristet auf 4 Jahre.
Die befristete Beschäftigung erfolgt im Rahmen der Befristungsmöglichkeiten des Wissenschaftszeitvertragsgesetzes.
Es handelt sich um eine Vollzeitstelle.
Eine Promotionsmöglichkeit besteht.
Die Eingruppierung richtet sich nach dem TV-L.
Die Stelle ist bewertet mit EG 13 TV-L.

Über uns

Die RWTH ist als familiengerechte Hochschule zertifiziert.
Die RWTH bietet im Rahmen eines Universitären Gesundheitsmanagements eine Vielzahl von Gesundheits-, Beratungs- und Präventionsangeboten (z. B. Hochschulsport) an. Für Tarifbeschäftigte und Beamtinnen und Beamte besteht ein umfangreiches Weiterbildungsangebot und die Möglichkeit, ein Jobticket zu erwerben.
Die Stellenausschreibung richtet sich an alle Geschlechter.
Wir wollen an der RWTH Aachen University besonders die Karrieren von Frauen fördern und freuen uns daher über Bewerberinnen.
Frauen werden bei gleicher Eignung, Befähigung und fachlicher Leistung bevorzugt berücksichtigt, sofern sie in der Organisationseinheit unterrepräsentiert sind und sofern nicht in der Person eines Mitbewerbers liegende Gründe überwiegen.
Bewerbungen geeigneter schwerbehinderter Menschen sind ausdrücklich erwünscht.
Im Sinne der Gleichbehandlung bitten wir Sie, auf ein Bewerbungsfoto zu verzichten.
Informationen zur Erhebung personenbezogener Daten nach Artikeln 13 und 14 Datenschutz-Grundverordnung (DS-GVO) finden Sie unter https://www.rwth-aachen.de/dsgvo-information-bewerbung.

Bewerbung
Nummer:V000006770
Frist:17.03.2024
Postalisch:RWTH Aachen University
Lehrstuhl und Institut für Strahlantriebe und Turbomaschinen
Prof.Dr. Peter Jeschke
Templergraben 55
52062 Aachen
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