Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Criteria for the assessment of the engine efficiency of the multi-purpose aircraft missions

Wygonik P.

Journal of KONES

|

2014

|

Vol. 21, No. 3

301--307

EN

The problem of design parameters selection of the turbine engine is the most important task at the preliminary design stage of the multi-purpose aircraft. A special feature of the multi-purpose aircraft mission is a sudden (even pulse) weight change, especially its decrease as a result of discharge of cargo bombing or rockets due to the ammunition consumption during air combat manoeuvring. In this article the attempt to use economic and mass criteria to assess the impact of the type of air missions on the choice of the design parameters of the engine was done. As the design, parameters there were selected the following measures: compression ratio, the turbine temperature and the bypass ratio. A mathematical model of the engine – aircraft – air task system was built (taking into account the flight conditions, the mission elements – the subsonic and supersonic flight, flight time, thermo-gas-dynamic and mass model of the engine). The model enables to conduct the simulation research of the complex flight missions and their assessment on the basis of the constructed criteria. The model includes a parametric description of physical processes in the turbofan engine, thereby allowing a direct assessment of the impact of the selection of engine parameters on the effectiveness of the mission. The paper presents the results of calculations according to the classical criteria (e.g. kilometre fuel consumption, specific fuel consumption of the engine). New criteria for evaluation were presented; they are the energy efficiency of complex mission of an aircraft and the relative total and specific fuel consumption. The values of circuit parameters that need to be taken as design constraints for the engine to allow the implementation of the aviation missions were determined. The results are shown in an illustrative way on the number of graphs.

2

Thermodynamics and mass selection criterions of low bypass turbine engine parameters for multi-purpose

Wygonik P.

Journal of KONES

|

2008

|

Vol. 15, No. 2

543-551

EN

Parameters of the turbofan engine comparative cycle (turbine inlet temperature, compression of compressors), by-pass ratio, fan compressor, (or low pressure compressor) are the most important engine parameters which determine their characteristics and construction. In order to fulfill the task there is a necessity for searching the optimum parameters for the system. The most important equation that binds airplane and engine characteristics is mass balance equation. The sum of engine mass and fuel mass was called total engine-fuel mass. In the paper specific total engine mass index was introduced (gamma 2). This index is equal to total engine-fuel mass divided by thrust in design point. Impact of the choice of the design point on the total mass index of the engine and the fuel used up was presented for different airplane mission. The next problem is to find those thermodynamics parameters (compression ratio, turbine inlet total temperature, bypass ratio) which give minimum of total mass of engine and consumed fuel for different airplane missions. A very important parameter that plays the part in fuel consumption is airplane flight time. The most important conclusion is that the best thermodynamics parameters from minimum mass criterion are less than for minimum specific fuel consumption.

PL

Parametry obiegu porównawczego dwuprzeplywowego turbinowego silnika odrzutowego determinują jego charakterystyki i schemat konstrukcyjny. W pracy przedstawiono problem poszukiwania optymalnych wartości parametrów termogazodynamicznych obiegu porównawczego silnika turbinowego. Do tych parametrów zaliczono: spręż całkowity sprężarki, temperaturę przed turbiną, stopień podziału strumieni. Przedstawiono wpływ wybranych warunków lotu, sprężu sprężarki i temperatury przed turbiną na zmianę ciągu jednostkowego i jednostkowego zużycia paliwa. Jako kryterium optymalizacji wybrano sumaryczną masę silnika i paliwa, wymaganą do wykonania zadania lotniczego. Wykorzystano, zbudowany na potrzeby innych prac, model silnika, który jest funkcją parametrów termogazodynamicznych. Wyprowadzono zależności pozwalające na optymalizację jednostkowej masy sumarycznej (jako kryterium bezwymiarowego). Przeprowadzono szereg obliczeń, których wyniki przedstawiono na wykresach. Wykazano, że na podstawie wybranego kryterium optymalizacji, jakim jest sumaryczna masa silnika i paliwa, można wyznaczyć wartości sprężu sprężarki, dla których wskazane kryteria oceny masy osiągają swoje minimum.

3

Masowe kryteria doboru parametrów dwuprzepływowego silnika odrzutowego do samolotu wielozadaniowego, dla wybranych zadań lotniczych

Wygonik P.

Silniki Spalinowe

|

2007

|

R. 46, nr SC1

302-312

EN

Two-spool, low bypass mixed turbofan engines with afterburner are used for the power of multi-purpose aircrafts. Parameters of the engine comparative cycle (turbine inlet temperature, compression of compressors), by-pass ratio, fan compressor, (or low pressure compressor) are the most important engine parameters which determine their characteristics and construction. En engine and an aircraft form the complex dependence system, which is additionally complicated by a flight task. In order to fulfill the task there is a necessity for searching the optimum parameters for the total system. The most important equation that binds airplane and engine characteristics is mass balance equation. Accepting the constant value of the masses of the aircraft, obtaining of the maximum masses of the charge is possible at minimization of the masses of the engine and the fuel. The presented model of the masses of the engine, and the fuel consumption model which are the functions of thermodynamic parameters were described in the article. The sum of engine mass and fuel mass was called total engine-fuel mass. In the paper specific total engine mass index was introduced ( γε ). This index is equal to total engine-fuel mass divided by thrust in design point. Impact of the choice of the design point (Mach velocity and altitude H) on the total mass index of the engine and the fuel used up was presented for different airplane mission. The next problem is to find those thermodynamics parameters (compression ratio, turbine inlet total temperature, bypass ratio) which give minimum of total mass of engine and consumed fuel for different airplane missions. A very important parameter that plays the part in fuel consumption is airplane flight time. For long-lasting mission minimum γε is occurs for compression ratio near his economic value (for specific fuel consumption). For short missions minimum of γε occurs for smaller compression ratio (near 20-30), but greater than for those giving maximum specific thrust. A little change in minimum value of gS gives a big difference in compression ratio. The most important conclusion is that the best thermodynamics parameters from minimum mass criterion are less than for minimum specific fuel consumption. Specific total engine-fuel mass is a very important figure of merit for parameters optimization at the first step of aircraft engines design.

4

Criteria of aircraft engine parameters evaluation for multi-purpose aircraft

Wygonik P.

Journal of KONES

|

2007

|

Vol. 14, No. 2

571-578

EN

At the stage of a power unit selection for a multi-purpose aircraft the problem of mutual relations between the dimension of an aircraft and an engine should be solved. Starting from the motion equation of an aircraft and the theory of similarity the criteria and performance were determined which connect in a geometrical and power way the engine and the aircraft. The analysis of the influence of flight conditions and the parameters of an engine comparative cycle on the geometrical dimensions was conducted. In the paper it was shown that the fundamental flight stage which determines the relations between the geometrical parameters of the aircraft and the engine is the take-off or supersonic flight on the big altitude. Usually the parameters selection of the turbine engine thermal cycle is done on the basis of the internal characteristics of the engine, such as specific thrust and specific fuel usage. In case of the turbofan engine model with the mixer, afterburner, and the aircraft model (with simplified aerodynamic and mass characteristics) the influence of the cycle parameters on the performance and aerodynamic lift/drag ratio, the agreed range and the theoretical range was described. The next problem is to find those thermodynamics parameters (compression ratio, turbine inlet total temperature, bypass ratio) which give minimum of total mass of engine and consumed fuel for different airplane missions gamma Z. For long-lasting mission minimum gamma Z is occurs for compression ratio near his economic value (for specific fuel consumption). For short missions minimum of gamma Z occurs for smaller compression ratio (near 20-30), but greater than for those giving maximum specific thrust. A little change in minimum value of gamma Z gives a big difference in compression ratio. The most important conclusion is that the best thermodynamics parameters from minimum mass criterion are less than for minimum specific fuel consumption.

PL

Na etapie wyboru zespołu napędowego do samolotu wielozadaniowego należy rozwiązać problem wzajemnych relacji między wymiarami samolotu i silnika. Wychodząc z równań ruchu samolotu i teorii podobieństwa wyznaczono kryteria i wskaźniki wiążące geometrycznie i energetycznie silnik oraz samolot. Przeprowadzono analizę wpływu warunków lotu samolotu i parametrów obiegu porównawczego silnika na wybrane wymiary geometryczne. W pracy wykazano, że zasadniczym stanem lotu determinującym relacje między parametrami geometrycznymi samolotu i silnika jest start samolotu lub przelot naddźwiękowy na dużej wysokości. Zwykle doboru parametrów obiegu cieplnego silnika turbinowego dokonuje się w oparciu o charakterystyki wewnętrzne silnika- ciąg jednostkowy, jednostkowe zużycie paliwa. W oparciu o model silnika dwuprzepływowewgo, z mieszalnikiem strumieni, dopalaczem oraz model samolotu (przyjęto uproszczone charakterystyki aerodynamiczne i masowe) określono wpływ parametrów obiegu na podstawowe wskaźniki samolotu jak doskonałość aerodynamiczna, zasięg umowny i zasięg teoretyczny. Kolejnym problemem jest określenie parametrów termogazodynamicznych, które pozwalają minimalizować masę silnika i zużytego w trakcie misji samolotu paliwa. W trakcie misji tzw. długich parametr jednostkowej masy względnej silnika gamma Z osiąga minimum dla sprężu całkowitego sprężarki rzędu (20-30), ale większych niż wartości sprężu optymalnego. Niewielka zmiana w wartości minimum gamma Z powoduje znaczną zmianę w wartości sprężu sprężarki. Parametry termogazodynamiczne, które pozwalają minimalizować masę sumaryczną paliwa i silnika są mniejsze niż dla minimum jednostkowego zużycia paliwa i zbliżone do wartości charakterystycznych dla współczesnych silników lotniczych.

5

Kryteria doboru parametrów silnika turbinowego do samolotu wielozadaniowego

Wygonik P.

Silniki Spalinowe

|

2006

|

R. 45, nr 4

19-33

PL

Na etapie wyboru zespołu napędowego do samolotu wielozadaniowego należy rozwiązać problem wzajemnych relacji między wymiarami samolotu i silnika. Wychodząc z równań ruchu samolotu i teorii podobieństwa wyznaczono kryteria i wskaźniki wiążące geometrycznie i energetycznie silnik oraz samolot. Przeprowadzono analizę wpływu warunków lotu samolotu i parametrów obiegu porównawczego silnika na wybrane wymiary geometryczne. W pracy wykazano, że zasadniczym stanem lotu determinującym relacje między parametrami geometrycznymi samolotu i silnika jest jego start lub przelot naddźwiękowy na dużej wysokości. Zwykle doboru parametrów obiegu cieplnego silnika turbinowego dokonuje się na podstawie charakterystyk wewnętrznych silnika - ciąg jednostkowy, jednostkowe zużycie paliwa. W oparciu o model silnika dwuprzepływowego z mieszalnikiem strumieni i dopalaczem oraz model samolotu (przyjęto uproszczone charakterystyki aerodynamiczne i masowe) określono wpływ parametrów obiegu na podstawowe wskaźniki samolotu jak doskonałość aerodynamiczna, zasięg umowny i zasięg teoretyczny.

EN

At the stage of a power unit selection for a multi-purpose aircraft the problem of mutual relations between the dimension of an aircraft and an engine should be solved. Starting from the motion equation of an aircraft and the theory of similarity the criteria and performance were determined which connect in a geometrical and power way the engine and the aircraft. The analysis of the influence of flight conditions and the parameters of an engine comparative cycle on the geometrical dimensions was conducted. In the paper it was shown that the fundamental flight stage which determines the relations between the geometrical parameters of the aircraft and the engine is the take-off or supersonic flight on the big altitude. Usually the parameters selection of the turbine engine thermal cycle is done on the basis of the internal characteristics of the engine, such as specific thrust and specific fuel usage. In case of the turbofan engine model with the mixer, afterburner, and the aircraft model (with simplified aerodynamic and mass characteristics) the influence of the cycle parameters on the performance and aerodynamic lift/drag ratio, the agreed range and the theoretical range was described.