Geared Turbofan

Καρλιάμπας Χρήστος

Ιστορία

• Πρόκειται για μια νέα ιδέα?• Honeywell-Lycoming ALF-502• Κατασκευή 1980 • 1βάθμιος LPC- 7βάθμιος αξονικός, 1βάθμιος

ακτινικός HPC • 2βάθμια HPT, 2βάθμια LPT• BPR:5.7• F=31kNt, SFC:11.5 gr/kN/s

Gear Patent 1973

Aero Engines

• Compressor: Cp*ΔΤ=U*ΔVu=ω*Rm*Va*Δa• Επιθυμώ ΔΤ>> για λιγότερες βαθμίδες=>βάρος• Va=ct λόγω συνεκτικών φαινομένων• Δa=ct λόγω επιβράδυνσης ροής• Συνεπώς για δεδομένη γεωμετρία

=> αύξηση ω~Ν

Aero Engines

• Μας ενδιαφέρει Fs (F) και SFC • F=Σm*(Vout-Vin)• Δυο τρόποι για max F1.Κίνηση μεγάλης παροχής μάζας (fan)2.Vout>>Vin

Ποιες μηχανές χρησιμοποιούν τους δύο τρόπους?

Aero Engines

Aero Engines

• Αύξηση παροχής fan (BPR) => αύξηση διαμέτρου

Ως τώρα fan δεμένος στην άτρακτο του LPC Αποτέλεσμα? Ν>>

Mtip=1+ =>πλάγιο κρουστικό κύμα => (-) απώλειες

Τι κάνω? Gearbox για άλλες στροφές

Geared Turbofan

• Για τον κατασκευαστή προκύπτει το ερώτημα εάν το κιβώτιο είναι βαρύτερο από μια αργόστροφη LPT και αν το όφελος του βάρους αντισταθμίζεται από τα κόστη συντήρησής του.

• Επιπλέον είναι ρίσκο για μια εταιρία η ανάπτυξη μιας τέτοιας νέας συνιστώσας (χρόνος, χρήμα εργαζόμενοι)

• Που θα εστιάσει? fan, compressor, turbine και combustion chamber σχέδια/υλικά είτε gearbox

• (P&W, MTU , GKN, AvioAero)

Geared Turbofan

• Παρουσίαση του υπάρχοντος κινητήραPW1000 της Pratt & Whitney

• Συνιστώσες • Οφέλη/μειονεκτήματα • Σύγκριση με άλλες εταιρίες/προϊόντα

PW1000

PW1000

FAN• BPR: 12.5 (ex: 5.1)• Διάμετρος 81in (210cm) • 18 διμεταλλικά πτερύγια για ανθεκτικότητα (LE?)• Κέλυφος από σύνθετα υλικά (carbon) για

ελάφρυνση• RR (three spool, BPR=9.3 Trent XWB)

PW1000

Compressor• LPC: 3βάθμιος high rotating speed (x3)• HPC: 8βάθμιος high rotating speed

• CFM56-5B (GE): 3-9 άρα λιγότερα πτερύγια=>+ συντήρηση

Tt3=1300 F δηλαδή 980 Κ

PW1000

Combustion Chamber• Αναπτύχθηκε από κοινού με τη NASA (Talon)• Πλούσιο μίγμα αέρα-καυσίμου κυρίου ρεύματος• Annular Type• Τα παραπάνω ελαχιστοποιούν το μήκος

θαλάμου καύσης• Επιπλέον (-) NOx κατά 50%

PW1000

Turbine• HPT: 2βάθμια

Βασική συνιστώσα (60% κόστους)• LPT: 3βάθμια (GE 7)

=> 2/3 λιγότερα πτερύγια

Σχεδίαση LPT από MTU tip-shrouded airfoils προκειμένου να αντέχει σε μεγαλύτερες πιέσεις, θερμοκρασίες και ταχύτητα καυσαερίων

• GKN στο ακροφύσιο (FAVN)

PW1000

Gearbox• Πλανητικό σύστημα (AvioAero)• Ήλιος κινούμενος από άτρακτο LP• Στεφάνη ακίνητη • Πλανήτες με άξονες συνδέονται με fan• 3:1 από 10.500-3500 RPM (αντίστοιχα 5200)

• Τι γίνεται με τις απώλειες? (30000 shp)

PW1000

PW1000

• Πλεονεκτήματα• -15% κατανάλωση καυσίμου (11% από fan)1. -3600 tn/ac/y CO22. -55% NOx• -20dB λόγω ηχομόνωσης από τον fan• Λιγότερες βαθμίδες=> (-) βάρος + συντήρηση• Ο μειωτήρας έχει 7 κινούμενα μέρη μόνο• Στατική ώση: 110 kNt• SFC: 7.15 gr/kNt/s

PW1000

PW1000

PW1000-GE LEAP

PW1000-RR UltraFan

• Rolls Royce ανάπτυξη geared turbofan μέχρι 2025 (25-25)

• OPR: 70:1• BPR: 13:1-15:1• Contra rotating fan• 3 spool engines δίνουν μεγαλύτερη ευελιξία• 50MW gearbox

RR UltraFan