مقاله طراحی موتورهای هوایی آینده یک دید استنتاجی

توضیحات محصول

دانلود مقاله طراحی موتورهای هوایی آینده یک دید استنتاجی با فرمت ورد ودر 39 صفحه قابل ویرایش

قسمتی از متن مقاله طراحی موتورهای هوایی آینده یک دید استنتاجی

مقدمه
آگاهی عمومی و نگرانی سیاسی درباب تاثیر محیطی رشد هواپیمایی شهری، به طور کلی در 30 سال گذشته پیشرفت کرده است. همان گونه که آگاهی زیست محیطی افزایش می یابد، تلاش برای ارتباط دادن تابش های NOx و CO2به همه گروه های درگیر، افزایش می یابد. در گزارش Vision 2020 ، که توسط شورای مشورتی برای تحقیقات فضانوردی در اروپا انجام شده است (2001)، اهداف برای کاهش نویز و تابش های تولید شده توسط ترافیک هوایی جهانی همواره در حال افزایش، تنظیم می شوند. قانون گزاری تابش ها، که توسط سازمان هواپیمایی شهری بین المللی (ICAO) و کمیته حفاظت زیست محیطی هوایی آن سازمان (CAEP) تنظیم شده است، همواره شدیدتر می شود که سبب خلق یک محرک قوی برای پژوهش بر طراحی موتورهای هوایی بدیع می شود که تابش های CO2 و NOX کمتر تولید کنند.

از سوی دیگر، شرکت های هواپیمایی نیاز به کاهش پیوسته هزینه عملکردشان به منظور افزایش یا حداقل تثبیت سودبخشی خود دارند. این امر چالش های طراحی اضافی را به طراحی های موتورهای هوایی جدید می افزاید که برای کاهش تاثیرات زیست محیطی و نیز هزینه های مستقیم عملکرد ، باید در نظر گرفته شوند. تصمیمات انجام شده بر انتخاب چرخه موتور بهینه، نیاز به لحاظ کردن سوخت عملیات، هزینه های مستقیم عملکرد، نویز موتور و بدنه هواپیما ،تابش ها و اثر گرم شدن کره زمین دارند.

مقاله طراحی موتورهای هوایی آینده یک دید استنتاجی

تابش های CO2، به صورت مستقیم متناسب با احتراق سوخت هستند، و بنابراین هر تلاشی برای کاهش آنها، نیاز به تمرکز بر بهبود احتراق سوخت دارد، که این امر با کاهش اندازه و وزن ، و مصرف سوخت ویژه[1] موتور (SFC) حاصل می شود. کاهش وزن موتور، سبب کاهش در وزن بهینه بلندشدن هواپیما می شود، که به نوبه خود منجر به تجهیزات پیشرانه کمتر برای نسبت برا به پسا[2]ی هواپیمای داده شده است. کاهش اندازه موتور – غالباً طول و قطر گهواره – کشش گهواره را کاهش می دهد و بنابراین، منجر به کاهش تجهیزات پیشرانه می شود. برای یک SFC معین، کاهش در تجهیزات پیشرانه ،لزوماً منجر به احتراق کمتر سوخت می شود. SFC موتور کمتر می تواند با بهبود کارایی پیش برنده و بازده گرمایی – خواه با کاهش اتلاف اجزا یا با بهبود چرخه ترمودینامیکی – حاصل شود.

پیشرفت در کارایی پیشرانه[3] - و بنابراین SFC موتور در یک بازده گرمایی معین – می تواند با طراحی یک موتور در یک نیروی پیشران ویژه حاصل شود (یعنی نیروی پیشران خالص تقسیم بر شار جرم ورودی فن). این امر، قطر فن بزرگتری را در یک نیروی پیشران معین، ایجاب می کند، و در نتیجه وزن موتور افزایش می یابد که به طور جزئی یا حتی کاملاً هر مزیت SFC را خنثی می کند. پیشرفت های بازده پیشرانه در یک وزن ثابت، مستقیماً وابسته به فن آوری های کاهش وزن مانند طراحی فن سبک وزن و مواد نو برای محور آن هستند. افزایش نسبت کنارگذاری[4] موتور، عدم تطابق سرعت را بین فن و توربین کم فشار، زیادتر می کند. وارد کردن یک جعبه دنده می تواند این مشکل را بدین صورت کم کند که طراحی این دو جزء در سرعت های بهینه شان ممکن شود و بنابراین بتوان وزن موتور را کاهش داد، و هم چنین بازده اجزاء را افزایش داد. بنابراین اولین سوال تحقیقاتی، حاصل می شود:

مقاله طراحی موتورهای هوایی آینده یک دید استنتاجی

واقعاً تا چه اندازه می توانیم نیروی پیشران ویژه را کاهش دهیم؟

پیشرفت ها در بازده گرمایی – و بنابراین، SFC موتور در بازده پیشرانه داده شده – می تواند برای هسته های متداول، اصولاً با افزایش نسبت فشار کلی[5] موتور (OPR) حاصل شود. در OPR داده شده، یک سطح بهینه برای دمای خروجی سیستم احتراق T4 برای بازده گرمایی وجود دارد. بنابراین، در یک نیروی پیشران ویژه ثابت و نیروی پیشران موتور، افزایش در T4، می تواند منجر به هسته کوچکتر و بنابراین، نسبت کنارگذاری بیشتر موتور شود؛ در برخی موارد، کاهش پتانسیل در وزن موتور می تواند بیشتر در بازده گرمایی غیر – بهینه تنظیم کننده باشد. از افزایش بیشتر OPR نسبت به طراحی های موتور کنونی با محدودیت هایی در دمای انتقال متراکم کننده های فشار بالا در مرحله برخاستن، ممانعت می شود. افزایش T4 با دمای بیشینه مجاز فلز روتور توربین فشار بالا در مرحله برخاستن و اوج محدود می شود. با افزایش شار خنک کننده توربین، این هدف نیز به عنوان یک استراتژی نسبتاً محدود می گردد؛ شار خنک سازی لزوماً در چرخه ترمودینامیک اتلافی ایجاد می کند، و افزایش آن، سرانجام منجر به کم شدن شدید بازده گرمایی می شود (Horlock et al., 2001; Wilcock et al., 2005). طراحی یک سیستم احتراق در نسبت بسیار کم هوا به سوخت، با نیاز به هوای کافی خنک سازی – فیلم خطی سیستم احتراق و نیز نیاز به نگهداری کیفیت حرکت عرضی دمایی قابل قبول محدود می شود (Lefebvre, 1999). در نتیجه، سوال تحقیقاتی دوم به صورت زیر است: