22256

مدل سازي و انتخاب بهينه توربوشارژر براي يك موتور هوايي

كارشناسي ارشد

هوافضا - پيشرانش

1396

1398/11/13

دكتر سپهر صنايع

مكانيك

در بررسي و تحقيق بر روي موتورهاي پيستوني هوايي، بازيابي توان توليدي در ارتفاعات با استفاده از فناوري توربوشارژرها امري بسيار مهم است. انتخاب صحيح توربوشارژرها و انطباق آن ها با موتور مي تواند به تنفس طبيعي موتور در ارتفاعات، جلوگيري از كاهش توان موتور و هم چنين افزايش سطح ارتفاع پروازي موتور با حفظ توان توليدي، كمك شاياني كند. در تحقيق حاضر، با استفاده از مدل سازي يك بعدي و نرم افزار تجاري GT-Power يك موتور احتراق داخلي هوايي 4 سيلندر مدل شد. در ابتدا موتور به همراه توربوشارژر پايه (GT25) مدل شد و نتايج به دست آمده از نرم افزار با نتايج ارائه شده توسط شركت سازنده موتور هوايي مقايسه و صحت سنجي شد. طبق اطلاعات شركت سازنده، اين موتور به همراه توربوشارژر پايه خود (GT25) قادر است تا ارتفاع 16000 پايي پرواز كند. در اين تحقيق به منظور افزايش ارتفاع پروازي موتور تا 24000پا و 40000پا و هم چنين جلوگيري از كاهش توان موتور در ارتفاعات (حفظ توان موتور در ارتفاعات)، به وسيله روش انتخاب مناسب، يك توربوشارژر يك مرحله اي و يك توربوشارژر دو مرحله اي انتخاب شد و در انتها عملكرد اين دو نوع توربوشارژر با يكديگر مقايسه گرديد. روش به كار برده شده براي انتخاب توربوشارژر مناسب، مبتني بر محاسبه نسبت فشار و دبي هواي ورودي به موتور در هر ارتفاع خاص است كه در عين حال روشي ساده و كاربردي است. نتايج مدل سازي نشان داد كه با انتخاب توربوشارژر يك مرحله اي GT2052 به جاي توربوشارژر اوليه (GT25)، ارتفاع پروازي را مي توان تا حدود 24000 پا افزايش داد. در اين ارتفاع و سرعت نامي موتور (5500 دور بر دقيقه) توان توليدي حدود 9 درصد نسبت به توان در سطح دريا كاهش داشت. نتايج مدل-سازي و انتخاب توربوشارژر دو مرحله اي نشان مي دهد كه در شرايط يكسان سرعت دوراني موتور نسبت به توربوشارژر يك مرحله اي GT2052، ارتفاع پروازي تا 40000 پا افزايش يافته است. توان توليدي نيز با افزايش ارتفاع از سطح دريا تا 40000 پايي تنها حدود 4 درصد افت داشت. روند تغييرات مصرف سوخت ويژه ترمزي با افزايش ارتفاع از سطح دريا تا ارتفاع 16000 پايي براي همه حالات يكسان است. اما از 16000 پا به بعد، مصرف سوخت ويژه ترمزي در حالت توربوشارژر دو مرحله اي نسبت به حالات تك مرحله اي روندي كاهشي به خود گرفته و در ارتفاع 40000 پايي حداكثر به 0/478 (پوند بر اسب بخار-ساعت) مي رسد كه با مصرف سوخت ويژه ترمزي توربوشارژر تك مرحله اي GT2052 در ارتفاع 24000 پايي برابري مي كند.

1399/04/16

Modeling and optimal selection of turbocharger for the air engine

2/1/2021 12:00:00 AM

Investigating air piston engines is crucial to recovering power at altitudes using turbocharger technology. Correct selection of turbochargers and their adaptation to the engine can help the engine breathe at altitudes, preventing the engine from lowering and also increasing the engine's flight altitude by maintaining the power output. In the present study, a 4-cylinder internal combustion engine was modeled using one-dimensional modeling and commercial software GT-Power. The engine was initially modeled with its original turbocharger (base turbocharger) selected by Garrett, and the results of the software were compared with the results provided by the air engine manufacturer. According to the manufacturer data, the engine, with its base turbocharger (GT25), can fly up to 16,000 feet. In this study, a one-stage turbocharger and a two-stage turbocharger were selected to increase engine flight altitude to 24,000 feet and 40,000 feet and also to prevent a decrease in engine power at altitudes (maintaining engine power at altitudes). Finally, the performance of these two types of turbochargers was compared. The method used to select the right turbocharger is based on the calculation of the pressure ratio and mass flow rate of the inlet air to the engine at any particular altitude, while at the same time being a simple and practical method. The modeling results showed that by choosing the GT2052 single-stage turbocharger instead of the primary turbocharger (GT25), the flight altitude can be increased to about 24,000 feet. At this engine altitude and rated speed (5500 RPM) the power output was reduced by about 9 percent over sea level power. Under the same conditions of engine rotational speed, The results of modeling and selection of two-stage turbochargers show that Altitude is increased to 40,000 feet compared to the GT2052 single-stage turbocharger. Production power also dropped by only about 4 percent as sea level rose to 40,000 feet. The trend of changes in brake specific fuel consumption is the same for all states as altitude rises to 16,000 feet. But from 16,000 feet onwards, the brake specific fuel consumption in the two-stage turbocharger mode declines compared to the single-stage modes and reaches a maximum of 0.478 (lb/hp.hr) at 40,000 feet. It turns out to be equivalent to the GT2052 single-stage turbocharged fuel consumption at 24,000 feet.

مدل سازي , توربوشارژر دو مرحله اي , ارتفاع , توربوشارژر فشار بالا , توربوشارژر فشار پايين

Modeling , Two-Stage Turbocharger , Height , High Pressure Turbocharger , Low Pressure Turbocharger