مطالعه پارامترهای عملکردی موتور پرخورانی شده هوایی در ارتفاع با استفاده از مدل یک ‌بعدی

مدل سازی یک بعدی موتورهای پیستونی هوایی، یکی از روش های مطالعه رفتار و عملکرد آنها در شرایط محیطی مختلف می باشد. در این تحقیق به موضوع مدل سازی یک بعدی موتور روتکس 914 به عنوان یک موتور توربوشارژدار بنزینی هوایی و نیز پیش بینی رفتار آن در ارتفاعات مختلف پرداخته می شود. برای این منظور مدل یک بعدی کلیه اجزاء موتور همچون؛ فیلتر هوا، کاربراتور، منیفولد هوا، سوپاپ های ورودی و خروجی، سیلندر و پیستون، میل‌لنگ، منیفولد دود و توربوشارژر در نرم افزار gtpower ایجاد می شود. سپس با اعتبارسنجی مدل با داده های ارائه شده توسط شرکت سازنده و حصول اطمینان از دقت مناسب مدل، به مطالعه پارامترهای عملکردی مهم موتور و خطوط عملکردی توربوشارژر تا ارتفاع 30 هزارپایی از جنبه های مختلف پروازی پرداخته می شود. با مطالعه انجام شده مشاهده شد که تا ارتفاع 18 هزارپایی، توربوشارژر مانع از افت شدید پارامترهای عملکردی موتور می شود و از آن به بعد به دلیل رسیدن کمپرسور به ناحیه سرعت بیشینه، شارژ هوای مورد نیاز و جلوگیری از افت عملکرد شدید موتور امکان پذیر نیست. همچنین با مطالعه اثر تغییرات دمای محیط بر عملکرد موتور مشاهده شد که افزایش 40 درجه ای دمای محیط، سبب افت 10 درصدی توان ترمزی و در نتیجه آن افت عملکرد پرنده در هنگام اوج گیری خواهد شد. تاثیرگذاری تغییرات دمای محیط و ارتفاع بر عملکرد موتور، متفاوت است به صورتی که تا رسیدن موتور به ناحیه سرعت بیشینه کمپرسور، اثر گذاری تغییرات دمای محیط محسوس تر بوده و پس از آن، فاکتور ارتفاع مهمتر از دمای محیط خواهد بود.

Parametric study on the performance of a gasoline turbocharged aircraft engine at high altitudes using a onedimensional model

Onedimensional modeling of aircraft piston engines is one of the methods for studying their behavior and performance in different environmental conditions. In this research, the Rotax 914, an aerial Spark Ignition (SI) turbocharged engine, was modeled onedimensionally to predict its behavior at different altitudes. To address this issue, the onedimensional model of all engine components including air filter, carburetor, air manifold, inlet and outlet valves, cylinder and piston along with crankshaft, exhaust manifold and turbocharger were created in GTPower software.Then by validating the model with the data provided by the manufacturer and ensuring the accuracy, the significant performance parameters of engine and turbocharger performance curves were evaluated for different flight conditions up to 30,000 feet. According to the results, the turbocharger prevented a dramatic decline in engine performance parameters up to 18,000 feet. However above that altitude, due to the compressor reaching the choking region, it is not possible to charge the required air and avoid severe engine performance loss. It was also observed, by studying the effect of ambient temperature changes on engine performance, an increase of 40 °C in the ambient temperature caused a 10% reduction in the braking horse power, and consequently, performance loss during climb period. The effect of changes in ambient temperature and altitude on engine performance varies so that, until the engine reaches the compressor’s choking region, the impact of the ambient temperature variations is more perceptible, after that, the height factor will have a greater influence on the engine performance.