Preliminary turbofan engine design, weight & cost estimation
Turbofan motor ön tasarımı, ağırlık ve maliyet yaklaşımı
- Tez No: 955011
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ FATİH USTA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Energy, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Teknolojileri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 81
Özet
Uçak motorlarının konsept tasarım evresindeki tasarım kararlarında üç parametre kritik öneme sahiptir; performans, ağırlık ve maliyet. Konsept dizayn aşamasındaki performans çevrimi seçimi esnasında ağırlık ve maliyet tahminlerini daha doğru yapabilmek, konsept ve detay tasarım aşamaları arasındaki iterasyonları azaltmak için büyük önem arz etmektedir. Bu çalışma ön tasarım aşamasında performans çevrimini daha doğru 1-B akış yolu ve olası bir yerleşim ile genişletmeyi hedeflemektedir. Konsept aşamasında elde edilebilecek bu ayrıntılı girdilerle ağırlık yaklaşımının daha doğru yapılabilmesi sağlanabilmekte ve bu sayede daha hassas bir maliyet hesabı yapılabilmektedir. Genel yaklaşım ele alındığında konsept tasarım aşamasında daha doğru ağırlık ve maliyet yaklaşımları ile beslenen bir performans çevriminin proje vaktini kısaltması ve maliyeti düşürmesi beklenmektedir. Öncelikle uçuş zarfındaki kritik noktalar hava aracının rolü göz önüne alınarak belirlenmektedir. Bu kritik noktalardan biri motor tasarım olarak seçilip diğer noktalar tasarım dışı noktalar olarak değerlendirilerek yapılan yaklaşım, her kritik nokta için tekrar yaparak çoklu nokta tasarım optimizasyon metodu (ÇNTOM) uygulanmaktadır. İtki ve Özgül Yakıt Tüketimi (ÖYT) isterlerini sağlarken ve tasarım dışı noktadaki Özgül Yakıt Tüketimi (ÖYT) minimalize edilirken her tasarım noktasındaki performans parametreleri optimize edilmektedir. Bütün çevrimlerin çıktıları karışılaştırılmaktadır ve akabinde isterlerin sağlanma durumu göz önünde bulundurularak motor tasarım noktası seçilmektedir. Motor tasarım noktası seçildikten sonra, birkaç aday çevrim kritik preformans parametreleri olan türbin giriş sıcaklığı (TGS), yüksek basınç kompresör basınç oranı (YBK BO), bypass oranı (BPO) ve düzeltilmiş motor giriş debisi incelenerek elde edilmektedir. Her aday çevrim için 1-B akış yolu oluşturulmakta olup maliyet ve ağırlık yaklaşımı yapılmaktadır. İsterleri sağlama durumu göz önünde bulundurularak maliyeti ve ağırlığı minimize edilmiş bir çevrim aday çevrimler arasından seçilmektedir. Bu yöntem, ağırlık yaklaşımı için NASA WATE methodunun kullanımı ile hem Excel hem de NPSS (Numerical Propulsion System Simulation) programlarında modellendirilip entegre edilmiştir. Yöntem ve sonuçlar, piyasada olan karışık akışlı, düşük bypass oranlı turbofan motorları ile karşılaştırılıp sonuçları tartışılmıştır. Bu yöntem ile konsept ve detay tasarım arasındaki iterasyon süresinin kısaltılması beklenmektedir.
Özet (Çeviri)
In the conceptual design phase of aero-engines, three parameters are crucial when making the design decisions; performance, weight and cost. To decrease the number of iterations between conceptual and detailed design, it is necessary to estimate cost and weight more accurately while selecting performance cycle at the conceptual design phase. This study aims to extend the preliminary design process of a performance cycle with more accurate 1-D flow path and a possible layout. With these detailed inputs in the conceptual design, weight estimation tools can be more accurate and useful which enables a more precise cost estimation. As an overall approach, a performance cycle based on more accurate weight and cost estimation at conceptual design phase expected to bring down the cost and shorten the project time. First, critical points in the flight envelope are determined considering the role of the airframe. Multi-point design optimization method (MPDOM) is utilized with these points by selecting each point as an individual engine design point for each cycle, and rest of them as an off-design point. Each design points' performance parameters are optimized while meeting the thrust and SFC requirements of the design point and minimizing the SFC of an off-design point. All cycles' outputs are compared and then, engine design point is determined according to the fulfillment of the requirements. After determining the engine design point, several candidate cycles are obtained by examining the critical performance parameters, turbine inlet temperature (TIT), high pressure compressor pressure ratio (HPC PR), bypass ratio (BPR) and engine inlet corrected mass flow rate. 1-D flow paths of each candidate cycle are generated with cost and weight estimation. One of the candidate cycles is selected as the conceptual design of the engine considering the fulfillment of the requirements while minimizing cost and weight. This methodology is modeled and integrated in both Excel and NPSS (Numerical Propulsion System Simulation) program with usage of NASA WATE estimation for weight. Methodology and the results are compared with existing mixed flow low bypass turbofan engines and the results are discussed. This method is aimed to shorten the time of iterations between conceptual and detailed design.
Benzer Tezler
- Bir turbofan motor fanının yapısal davranışının incelenmesi ve optimizasyonu
Structural behavior and optimization of a turbofan engine fan
TAHİR SOYUGÜZEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAHİT MECİTOĞLU
- Çift turbofan motorlu ve sivil amaçlı bir keşif/gözetleme uçağının roskam metodu ile ön dizaynı
Başlık çevirisi yok
İSKENDER ESEN
- İHA,SİHA, seyir füzeleri ve uçak uygulamaları için turbofan tasarımı ve analizi
Preliminary design and analysis of a turbofan engine for UAV, UCAV, cruise missile and aircraft applications
MEHMET ALİ ÜLKER
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Havacılık MühendisliğiGazi ÜniversitesiSilah Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATİLLA BIYIKOĞLU
- Versatile rotor vibration analysis tool for single rotating elements
Başlık çevirisi yok
ALİCAN KILIÇASLAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Havacılık ve Uzay MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiEnerji Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SEDAT TOKGÖZ