شبیه‌سازی و تحلیل ترمودینامیکی موتور توربوفن دومحوره در شرایط نقطه طراحی و خارج از نقطه طراحی

در پژوهش حاضر، مدل‌سازی ترمودینامیکی یک موتور توربوفن دو محوره، با کنارگذر مجزا در شرایط نقطه طراحی و خارج از نقطه طراحی انجام گرفته است. در این موتور بخشی از  جریان هوا به منظور خنک‌کاری پره‌های توربین و همچنین تامین هوای داخل کابین از کمپرسور پرفشار برداشته می‌شود. همچنین از محل فن، توان، به منظور تامین توان اجزای جانبی استخراج می‌گردد. به منظور اعتبارسنجی مدل‌سازی ترمودینامیکی توسعه یافته، نتایج به دست آمده با نتایج آزمایشگاهی موتور cfm56-7b شامل دور شفت کم‌فشار اصلاح شده، نیروی پیشران موتور، دبی جریان سوخت، دور شفت فشار بالا و دمای گازهای خروجی از موتور مقایسه می‌گردد. ترکیب معادلات دور موتور با تحلیل ترمودینامیکی سیکل و تدوین نتایج به صورت نیروی پیشران عمومی که جزء نوآوری‌های مطالعه حاضر می‌باشد نشان می‌دهد که مدل‌سازی انجام شده دارای حداکثر خطای 12% بوده و می‌تواند رفتار موتور را در شرایط خارج از نقطه طراحی به درستی پیش‌بینی کند. مشاهده می‌شود که در شرایط پرواز کروز جریان در خروجی کانال کنارگذر و همچنین خروجی هسته اصلی موتور خفه می‌شود. نتایج نشان می‌دهد که حساسیت خفه شدن جریان کانال کنارگذر در صورت افزایش ماخ ورودی جریان به موتور، بیشتر از هسته اصلی آن است. همچنین انحراف مثبت از اتمسفر استاندارد باعث می‌شود که نیروی پیشران کاهش و مصرف سوخت ویژه نیز کاهش یابد و انحراف منفی از اتمسفر استاندارد سبب افزایش نیروی پیشران و افزایش مصرف سوخت ویژه موتور می‌گردد.

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

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 CFM567B 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.