طراحی خط سازگاری عملکرد توربین با کمپرسور در موتور توربوفن پهپاد حاوی رانش‌های گرم و سرد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مدیر گروه مطالعات علوم مهندسی دانشگاه افسری امام علی(ع)، تهران، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

3 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

امروزه موتورهای توربوفن به دلیل داشتن نیروی پیشرانه بیشتر مورد توجه هستند. سازگاری عملکرد همزمان دو جز اصلی موتور‌توربوفن، کمپرسور و توربین از دغدغه‌های اصلی طراحان و‌سازندگان می­باشد. چراکه منحنی‌های‌مشخصه عملکرد توربین و کمپرسور متفاوت و تقریبا مغایر می­باشند و باعث واماندگی خواهند‌شد. برای جلوگیری از واماندگی، تعیین سازگاری دو جزء این نوع موتور اهمیت بسیاری دارد. حساسیت پارامترهای مختلف در طراحی این نوع موتورها بسیار زیاد بوده و دستیابی به شبیه سازی‌های از پیش محاسبه‌شونده که بتوانند خطای محاسباتی کمتری داشته‌باشند، هزینه و زمان طراحی را کاهش خواهد‌داد. در این تحقیق یک شبیه سازی کم‌خطا برای محاسبه خط سازگاری موتورهای توربوفن طراحی شده‌است. در روند این تحقیق ابتدا پارامترهای متاثر بر خط‌سازگاری تعیین شده و سپس نحوه محاسبه آن استخراج و شبیه‌سازی شده‌است. با استفاده از مشخصات موتورهای RR- Trent 772-60، PW - PW4098 اعتبارسنجی برای شبیه‌سازی انجام‌شده‌است. طبق آزمایش‌های انجام‌شده با‌میزان مصرف سوخت‌رانش با دقت خطا کمتر از 05/0 و مقدار نیروی رانش برای موتورهای مختلف کمتر‌از 2000‌(پوند) محاسبه شده‌است. در آزمایش دیگر صحت تعیین خط‌سازگاری برای اجزای مختلف موتور توربوفن با استفاده از منابع موجود تایید شده‌است. از طرفی میزان دقت همپوشانی خط سازگاری شبیه سازی انجام شده، 92 درصد برای موتور RR- Trent 772-60 و 2/94 درصد برای موتور PW - PW4098 بدست آمده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]   Nobuyuki k., Tomita E., and Sakata Y., Auto-ignited kernels during knocking combustion in a spark-ignition engine. Proceedings of the Combustion Institute, Vol. 31, No. 2, pp. 2999–3006, Jan. 2007, doi: 10.1016/j.proci.2006.07.210.
[2]   Fauzan M.F., Chuah L. S. , Lee C. , Hameed A., Lee J., and Shankar M., A Review of Hydrogen as a Fuel in Internal Combustion Engines. Journal of Mechanical Engineering Research and Developments, Vol. 42, No. 3, pp. 35–46, Apr. 2019, doi: 10.26480/jmerd.03.2019.35.46.
[3]   Mattingly JD, Elements of gas turbine propulsion. 1996.
[4]   Roskam J., Airplane Design Part IV: Layout Design of Landing Gear and Systems. 1989.
[5]   Astley R. J., Numerical methods for noise propagation in moving flows, with application to turbofan engines. Acoust Sci Technol, Vol. 30, No. 4, pp. 227–239, 2009, doi: 10.1250/ast.30.227.
[6]   Royalty C., Schuster B., Noise from a Turbofan Engine Without a Fan from the Engine Validation of Noise and Emission Reduction Technology (EVNERT) Program. in 14th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference (29th AIAA Aeroacoustics Conference), May 2008. doi: 10.2514/6.2008-2810.
[7]   Aydin H., Turan O., Karakoc T. H., and Midilli A., Exergetic Sustainability Indicators as a Tool in Commercial Aircraft: A Case Study for a Turbofan Engine. Int J Green Energy, Vol. 12, No. 1, pp. 28–40, Jan. 2015, doi: 10.1080/15435075.2014.889004.
[8]   Turan O., An exergy way to quantify sustainability metrics for a high bypass turbofan engine. Energy, Vol. 86, pp. 722–736, Jun. 2015, doi: 10.1016/j.energy.2015.04.026.
[9]   Turan O., Aydin H., Exergy-based Sustainability Analysis of a Low-bypass Turbofan Engine: A Case Study for JT8D. Energy Procedia, Vol. 95, pp. 499–506, Sep. 2016, doi: 10.1016/j.egypro.2016.09.075.
[10] Hassan  H. Z. , Evaluation of the local exergy destruction in the intake and fan of a turbofan engine. Energy, Vol. 63, pp. 245–251, Dec. 2013, doi: 10.1016/j.energy.2013.10.062.
[11] Şöhret Y., Ekici S., Altuntaş Ö., Hepbasli A., and Karakoç T. H., Exergy as a useful tool for the performance assessment of aircraft gas turbine engines: A key review. Progress in Aerospace Sciences, Vol. 83, pp. 57–69, May 2016, doi: 10.1016/j.paerosci.2016.03.001.
[12] Sogut M. Z., Yalcin E., and Karakoc T. H., Assessment of degradation effects for an aircraft engine considering exergy analysis. Energy, Vol. 140, pp. 1417–1426, Dec. 2017, doi: 10.1016/j.energy.2017.03.093.
[13] Mattingly J.D., Heiser  W.H., Pratt  D.T., Aircraft Engine Design. AIAA Education Series,American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., Reston, Virginia, ISBN 1-56347-538-3, pp.210-218, 2002.
[14] Mattingly, J. D. ‘Elements of Propulsion: Gas Turbines and Rockets. AIAA Press., Virginia, United States, 2006.
[15]       The GE90 – An Introduction[R]. Stanford University AA283 Course Material.
[16] Mohsin E.M., Abdulateef  O. F., Al-Ashaab A.. Applying Trade-off Curve to Support Set-Based Design application at an Aerospace Company. Al-Khwarizmi Engineering Journal, 16(4), 1-10., 2020.
[17]         Cumpsty N. A. Compressor aerodynamics, Longman Scientific & Technical, England, 1989.