شبيه سازي و تحليل ترموديناميكي موتور توربوفن دومحوره در شرايط نقطه طراحي و خارج از نقطه طراحي

Simulation and Thermodynamic Analysis of Twin Spool Turbofan Engine at the On Design and Off Design Conditions

در پژوهش حاضر، مدل سازي ترموديناميكي يك موتور توربوفن دو محوره، با كنارگذر مجزا در شرايط نقطه طراحي و خارج از نقطه طراحي انجام گرفته است. در اين موتور بخشي از جريان هوا به منظور خنك كاري پره هاي توربين و همچنين تامين هواي داخل كابين از كمپرسور پرفشار برداشته مي شود. همچنين از محل فن، توان، به منظور تامين توان اجزاي جانبي استخراج مي گردد. به منظور اعتبارسنجي مدل سازي ترموديناميكي توسعه يافته، نتايج به دست آمده با نتايج آزمايشگاهي موتور "CFM56-7B" شامل دور شفت كم فشار اصلاح شده، نيروي پيشران موتور، دبي جريان سوخت، دور شفت فشار بالا و دماي گازهاي خروجي از موتور مقايسه مي گردد. تركيب معادلات دور موتور با تحليل ترموديناميكي سيكل و تدوين نتايج به صورت نيروي پيشران عمومي كه جزء نوآوري هاي مطالعه حاضر مي باشد نشان مي دهد كه مدل سازي انجام شده داراي حداكثر خطاي 12% بوده و مي تواند رفتار موتور را در شرايط خارج از نقطه طراحي به درستي پيش بيني كند. مشاهده مي شود كه در شرايط پرواز كروز جريان در خروجي كانال كنارگذر و همچنين خروجي هسته اصلي موتور خفه مي شود. نتايج نشان مي دهد كه حساسيت خفه شدن جريان كانال كنارگذر در صورت افزايش ماخ ورودي جريان به موتور، بيشتر از هسته اصلي آن است. همچنين انحراف مثبت از اتمسفر استاندارد باعث مي شود كه نيروي پيشران كاهش و مصرف سوخت ويژه نيز كاهش يابد و انحراف منفي از اتمسفر استاندارد سبب افزايش نيروي پيشران و افزايش مصرف سوخت ويژه موتور مي گردد.

At the present paper, thermodynamic simulation of a twin spool separate exhaust turbofan engine, at the on design and off design conditions is performed. At this engine, a part of air flow is extracted from the high pressure compressor in order to cool the turbine blades and provide cockpit air. Also, power is extracted from the fan to provide the power for accessories. For the validation of developed thermodynamic model, the results are compared with CFM56-7B engine experimental outputs including: corrected low pressure spool speed, engine thrust, fuel flow rate, high pressure spool speed, and exhaust gas temperature of engine. Combination of engine revolution equations with thermodynamic cycle equations and preparing the results in the frame work of generalized thrust curves, which are the innovations of the current study, demonstrate that the model has 12% error at most and can predict the off design behavior of the engine correctly. It is obtained that at the cruise condition, the bypass duct exit and core stream exit are chocked. The results show that in the case of inlet Mach number increasing, the bypass duct chocking sensitivity is more than core stream chocking sensitivity. Moreover, positive ISA condition decreases the thrust and specific fuel consumption and negative ISA condition increases the thrust and specific fuel consumption.