تحقیقات موتور

تحقیقات موتور

بررسی عملکرد آیروترمودینامیکی خارج از طرح موتور توربوفن با مسیر کنارگذر دوگانه غیرمتحرک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشکده مهندسی هوافضا، پردیس علوم و فناوری‌های نوین، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران
چکیده
در این مقاله، یک موتور توربوفن با مسیر کنارگذر دوگانه (DBP) در نقطه طرح و شرایط خارج از طرح بررسی می‏‌شود. این موتور، یک موتور توربوفن خروجی مجزا، دو محوره با خنک­‌کاری گردا و دارای نازل‏­‌های خروجی همگرا است. نسبت کنارگذر در مجرای اصلی و ثانویه برابر با یک است. همچنین یک موتور توربوفن معمولی دارای یک مجرای کنارگذر، به عنوان موتور مرجع (موتور ساده) در نظر گرفته شده، که نسبت کنارگذر آن 2 است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که موتور با مسیر کنارگذر دوگانه در ماخ 0.8 و در ارتفاع 9296.4 متر (در نقطه طرح)، 5.4 درصد رانش بیشتری نسبت به موتور ساده تولید می‌کند. همچنین موتور با مسیر کنارگذر دوگانه در دو ارتفاع سطح دریا و 9296.4 متر و در همه اعداد ماخ پروازی صفر تا 0.8، نسبت به موتور ساده رانش بیشتری را دارا است. علاوه بر این، در شرایط خارج از طرح، مصرف سوخت ویژه موتور با مسیر کنارگذر دوگانه کمتر از موتور ساده است. همچنین نتایج نشان می‌دهد که با افزایش ( ̇F/m)، مصرف سوخت ویژه برای هر دو نوع موتور کاهش می‌­یابد. یافته مهم دیگر پژوهش حاضر این است که در ( ̇F/m) ثابت، مصرف سوخت ویژه موتور با مسیر کنارگذر دوگانه در تمام ارتفاعات پروازی، کمتر از موتور ساده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Aerothermodynamic off-design performance study of a fixed double bypass duct ‎turbofan engine

نویسندگان English

Elyas Lekzian
Hamidreza Farshi Fasih
Reza Modanlou
Department of Aerospace Engineering, Faculty of New Science and Technologies, Semnan University, Semnan, Iran
چکیده English

In this paper, a turbofan engine with a double bypass duct (DBP) was studied at design point and off-design conditions. This is a separate exhaust, two-spool turbofan engine with bleed, turbine cooling, power extraction, and convergent exhaust nozzles. The bypass ratio of the main and secondary ducts is equal. Also, a typical turbofan engine with one bypass duct is considered the benchmark case (simple engine) and its bypass ratio is 2. Simulation results show that the DBP engine produces 5.4% thrust more than the simple engine at  and an altitude of 9296.4 m (design point). DBP engine thrust is more than the simple engine at SL altitude and 9296.4 m at off-design conditions in all flight Mach numbers ranging from 0 to 0.8. Moreover, the double bypass duct engine SFC is lower than the simple engine at the aforementioned off-design conditions. Thrust per mass flow rate (F/m ̇) was also studied. By increasing F/m ̇, specific fuel consumption is decreased for both engine types. Another interesting finding is that at constant F/m ̇, the DBP engine SFC is lower than the simple engine at all flight altitudes.

کلیدواژه‌ها English

Turbofan Engine
Double Bypass Duct
Off-Design
Thrust
Specific Fuel Consumption
[1] Fetahi K. A Parametric Analysis of a Turbofan Engine with an Auxiliary Bypass Combustion Chamber: The Turboaux Engine (Doctoral dissertation, Old Dominion University). doi: 10.25777/55dp-vd74
[2] Jakubowski R. Study of bypass ratio increasing possibility for turbofan engine and turbofan with inter turbine burner. Journal of Kones. 2019;26(2):61-8. doi: 10.2478/kones-2019-0033
[3] Liu F, Sirignano WA. Turbojet and turbofan engine performance increases through turbine burners. Journal of propulsion and power. 2001 May;17(3):695-705. doi: 10.2514/2.5797
[4] Yin F, Rao AG. Performance analysis of an aero engine with inter-stage turbine burner. The Aeronautical Journal. 2017 Nov;121(1245):1605-26. doi: 10.1017/aer.2017.93
[5] Agul’nik AB, Kravchenko IV, Gorbunov AA, Novoselova AA, Sklyarova AP. Influence analysis of the second bypass air bleed parameters on the engine performance. Russian Aeronautics. 2018 Jul;61:441-4. doi: 10.3103/S1068799818030182
[6] Bezborodova K, Filinov E. Double Bypass Turbojet Engine Analysis. In2021 International Scientific and Technical Engine Conference (EC) 2021 Jun 23 (pp. 1-5). IEEE. doi: 10.1109/EC52789.2021.10016815
[7] Manoharan S. Innovative Double Bypass Engine for Increased Performance. ProQuest Dissertations and Theses (Doctoral dissertation, Thesis (MSAE). Embry-Riddle Aeronautical University, 2013. Publication Number: AAT 1537029, Advisor, Attia, Magdy).
[8] Balli O, Ozbek E, Ekici S, Midilli A, Karakoc TH. Thermodynamic comparison of TF33 turbofan engine fueled by hydrogen in benchmark with kerosene. Fuel. 2021 Dec 15;306:121686. doi: 10.1016/j.fuel.2021.121686
[9] Görtz A, Silberhorn D. Thermodynamic potential of turbofan engines with direct combustion of hydrogen. InProceedings of the 33rd Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences, Stockholm, Sweden 2022 Sep 7 (pp. 4-9).
[10] Simmons RJ. Design and control of a variable geometry turbofan with and independently modulated third stream (Doctoral dissertation, The Ohio State University).
[11] Wang S, Wang J, Jiang B, He X. Research of variable cycle engine modeling technologies. InProceedings of 2016 Chinese Intelligent Systems Conference: Volume I 2016 (pp. 267-273). Springer Singapore. doi: 10.1007/978-981-10-2338-5_26
[12] Xue-zhong GO, Wen-xiang ZH, Jin-quan HU. Component-level modeling technology for variable cycle engine. Aerospace power. 2013 Jan 28;28(1):104-11.
[13] Aygun H, Cilgin ME, Ekmekci I, Turan O. Energy and performance optimization of an adaptive cycle engine for next generation combat aircraft. Energy. 2020 Oct 15;209:118261. doi: 10.1016/j.energy.2020.118261
[14] Choi JW, Sung HG. Performance analysis of an aircraft gas turbine engine using particle swarm optimization. International Journal of Aeronautical and Space Sciences. 2014;15(4):434-43. doi: 10.5139/IJASS.2014.15.4.434
[15] Xie ZW, Guo YQ, Lu J. Application of Volume and Rotor State Values in Variable Cycle Engine Numerical Simulation. J. Propuls. Technol. 2015;36:1085-92.
[16] Yuan WA, Ping-ping ZH, Qiu-hong LI, Xiang-hua HU. Research and validation of variable cycle engine modeling method. 2014 Nov 28;29(11):2643-51. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2014.11.014 [In Chinese]
[17] Li YS, Chen YC, Zhao Q. Steady state calculation and performance analysis of variable cycle engine. In2018 9th International Conference on Mechanical and Aerospace Engineering (ICMAE) 2018 Jul 10 (pp. 352-356). IEEE. doi: 10.1109/ICMAE.2018.8467557
[18] Yuanwei MU, Fengming WA, Daming ZH. Modeling and simulation on performance of dual-bypass combined exhaust variable cycle engine. Aerospace power. 2023;38(5):1114-22. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20220171 [In Chinese]
[19] Han, J., Wang, J., Liang, C., Su, G., Thrust performance optimization calculation and analysis of triple bypass variable cycle engine. Hangkong Dongli Xuebao/Journal of Aerospace Power, 2018.33(2):338-344. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2018.02.011
[20] Zhou H, Wang Z, Liu Z, Zhang X, Gao X. Variable geometry characteristics research of double bypass variable cycle engine. Acta Aeronaut. Astronaut. Sin. 2014;35:2126-35. doi: 10.7527/S1000-6893.2014.0098
[21] Harrell JB. Validation of variable cycle using turbine engine math model. In2018 Joint Propulsion Conference 2018 (p. 4899). doi: 10.2514/6.2018-4899
[22] Rabiee A, Lekzian E. Simulation and Thermodynamic Analysis of Twin Spool Turbofan Engine at the On Design and Off Design Conditions. Aerospace Mechanics. 2019 Dec 22;15(4):95-108. [In Persian]
[23] Mattingly JD, Heiser WH, Pratt DT. Aircraft engine design. American Institute of Aeronautics and Astronautics; 2002.
دوره 70، شماره 3 - شماره پیاپی 72
مقالات برتر بیستمین کنفرانس دینامیک شاره ها
پاییز 1402
صفحه 62-75

  • تاریخ دریافت 13 دی 1402
  • تاریخ بازنگری 28 بهمن 1402
  • تاریخ پذیرش 16 اردیبهشت 1403