تاثیر اندازه قطر خروجی شیپوره یک موتور توربو فن تک محوره جریان مخلوط بر عملکرد موتور

در یک موتور توربین گازی، دو پارامتر رانش و مصرف سوخت ویژه از اهمیت به‌سزایی برخوردارند. در راستای تامین رانش بیشتر و مصرف سوخت ویژه‌ی بهینه‌تر، طراحی اصولی اجزای مختلف موتور ضروری است. در این مقاله، برای یک موتور توربوفن تک محوره‌ی جریان مخلوط با نسبت کنارگذری پایین، تاثیر تغییرات سطح مقطع شیپوره بر خطوط عملکردی اجزای دوار موتور شامل منحنی‌های مشخصه فن، کمپرسور و توربین بررسی شده‌است. به‌این‌منظور یک مدل‌سازی صفربعدی از موتور در محیط نرم‌افزار gasturb انجام گرفته و سطح مقطع شیپوره در 6 حالت به مقدار 5±، 10± و 15± درصد نسبت به نقطه طرح تغییر کرده‌است. در همه حالت‌ها، دمای ورودی به روتور توربین و دور به عنوان قیدهای طراحی بر حداکثر مقدار خود محدود شده‌اند. نتایج نشان می‌دهد که هر تغییری در سطح مقطع شیپوره، باعث کاهش نیروی رانش خالص موتور خواهد شد. از طرفی دیگر با کاهش سطح مقطع شیپوره، خطوط عملکردی فن و کمپرسور به خط سرج نزدیکتر می‌شوند و حاشیه امن آن‌ها کاهش می‌یابد. این در حالی است که با افزایش سطح مقطع شیپوره، حاشیه امن فن و کمپرسور افزایش می‌یابد. همچنین تغییرات مصرف سوخت ویژه با تغییرات سطح مقطع خروجی شیپوره، نسبت عکس دارد.

the effect of nozzle outlet diameter of a single-spool, mixed-flow turbofan engine on its performance

thrust and specific fuel consumption are two essential parameters in a gas turbine engine. the fundamental design of various engine components is required to enhance thrust and provide optimum specific fuel consumption. this paper studies the effects of the nozzle exit area on the operating lines of fan, compressor, and turbine in a single-spool, mixed-flow, and low bypass ratio turbofan engine. the zero-dimensional modeling of the engine is examined in gasturb, and the nozzle area is changed in 6 cases by ±5, ±10, and ±15 percent relative to design point. the inlet temperature of turbine rotor and the spool speed of the engine are limited to their maximum amount. the results show that any change in the nozzle exit area will reduce the net thrust of the engine. on the other hand, with the reduction of the nozzle area, the operating line of the fan and compressor becomes closer to the surge line, reducing the surge margin, while with the increase of the nozzle area, the surge margin of the fan and compressor increases. also, the changes in specific fuel consumption are inversely proportional to the changes in the nozzle outlet area.