19770

۱۹۷۷۰

مدل سازي توربوشارژرها و انتخاب بهينه آن ها براي موتور هوايي

كارشناسي ‌ارشد

مهندسي هوافضا - جلوبرندگي

۹۴-۹۷

۱۳۹۷/۰۷/۱۶

دكتر سپهر صنايع

مكانيك

در اين پايان نامه به كمك نرم افزار GT-Power به مدل سازي و انتخاب توربوشارژرهاي يك مرحله اي و دومرحله اي سري براي موتور پيستوني هوايي Rotax914 كه براي هواپيماهاي سبك و فوق سبك كاربرد دارد پرداخته‌شده و دو شير كنترلي توربين و كمپرسور فشاربالا براي توربوشارژر دومرحله اي استفاده شده است. درصد نرخ جرمي جريان عبوري از شير كنترلي (درصد بازشدگي شير كنترلي) به عنوان متغير طراحي و همچنين ميزان توان ترمزي موتور به‌عنوان تابع هدف (حداكثرسازي) در نظر گرفته‌شده است. شايان ذكر است كه در انتخاب بهينه ي توربوشارژرها، فاصله ي نقاط عملكردي موتور توربوشارژ شده از خطوط سرج و چوك در نقشه ي كمپرسور (قرارگيري در حاشيه ي امنيت كافي از خطوط سرج و چوك)، حداكثر فشار گاز درون سيلندر و حداكثر دماي خروجي گاز به‌عنوان قيد در نظر گرفته‌شده اند. موتور در 7 مرحله و در شرايط مختلف كاري كار مي كند به گونه اي كه همزمان با افزايش ارتفاع از صفر تا 18000 پا، به صورت خطي سرعت دوراني موتور هم از 3000 تا 5800 افزايش مي يابد. نتايج حاصل نشان مي دهد كه توربوشارژر يك مرحله اي مي تواند حدوداً تا ارتفاع 3000 پايي توان ترمزي و مصرف سوخت ويژه را در شرايط سطح دريا نگه دارد در حالي كه اين مقدار براي توربوشارژر دومرحله اي سري با شيرهاي كنترلي تا حدود 9000 پا ادامه دارد؛ به گونه اي كه در ارتفاع 9000 پايي نه تنها توان ترمزي را در حد سطح دريا نگه داشته است بلكه 23/1 درصد افزايش توان نيز ايجاد شده است؛ همچنين مصرف سوخت ويژه در بيشترين مقدار (در ارتفاع 18000 پايي) 89/24 درصد كاهش مي يابد. با افزايش دور موتور و ارتفاع، توربوشارژر دومرحله اي به مراتب كارايي بهتري نسبت به يك مرحله اي دارد؛ به گونه اي كه در سطح دريا و دور rpm3000 افزايش 97/28 درصدي دارد (از نسبت فشار 27/1 براي يك مرحله اي تا 64/1 براي دومرحله اي) درحالي كه در ارتفاع 18000 پا و دور rpm5800 رشد 17/111 درصدي را نشان مي دهد. (از نسبت فشار 7/1 براي يك مرحله اي تا 59/3 براي دومرحله اي) روش پيشنهاد شده در اين تحقيق از روش سعي و خطا سريع تر و كم هزينه تر است و مي توان از آن براي انتخاب و حتي طراحي اوليه توربوشارژرهاي موتورهاي پيستوني هوايي در شرايط كاري مختلف (سطح دريا و يا ارتفاعات) بهره برد.

1397/09/21

Modeling turbochargers and their optimal choice for an aircraft engine

12/12/2018 12:00:00 AM

This thesis deals with the GT-Power software to modeling and selection single-stage and two-stage series turbochargers for the Rotax914 piston engine for light and ultra-light aircraft, and used two high-pressure turbine and compressor control valves for two-stage turbocharger. The percentage of mass flow rate of control valve (control valve opening percentage) is considered as the design variable as well as the amount of engine power output as the target function (maximization). In optimal choice of turbochargers, the distance between the operating points of turbocharged engines from the surge and the choke lines on the compressor map, the maximum gas pressure inside the cylinder and the maximum gas outlet temperature are considered as constraints. The engine works in 7 steps and in different working conditions, so that along with increasing altitude from zero to 18,000 feet, linearly speed of the engine rises from 3,000 to 5,800. The results show that the one-stage turbocharger can hold up to 3000 feet of brake power and specific fuel consumption in sea-level conditions, while the amount for the series two-stage turbocharger with control valves is up to 9000 feet; So that at altitude of 9000 feet, we are also witnessing 1.23% increase in power. Also, the specific fuel consumption in the highest amount (at 18,000 feet) is reduced by 24.89%. With increasing engine speed and altitude, the two-stage turbocharger has a much better performance than a single stage, so that at a sea-level and engine speed of 3000 rpm, it increases by 28.97% (pressure ratio of 1.27 for one stage to 1.64 for two-stage), while at 18,000 feet and engine speed of 5800 rpm, we see an increase of 111.17 percent (pressure ratio of 1.7 for one stage to 3.59 for two-stage). The proposed method in this study is faster and less costly than the trial and error method, and it can be used to select and even initial design of the turbochargers of air piston engines in different working conditions (sea level or altitudes).