مکانیک هوافضا

مکانیک هوافضا

مدلسازی ترمودینامیکی و شبیه‌سازی عملکرد پس‌سوز در موتور توربوجت

نوع مقاله : گرایش دینامیک، ارتعاشات و کنترل

نویسندگان
1 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
2 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
چکیده
به‌کارگیری پس‌سوز در موتورهای توربوجت روشی مؤثر برای افزایش لحظه‌ای رانش است، اما با افزایش مصرف سوخت، افزایش دمای گازهای خروجی و ضرورت کنترل دقیق نازل همراه می‌شود. ازاین‌رو، تحلیل هم‌زمان رفتار ترمودینامیکی پس‌سوز و نقش نازل متغیر برای حفظ عملکرد پایدار موتور اهمیت دارد. در پژوهش حاضر، اثر فعال‌سازی پس‌سوز بر عملکرد موتور توربوجت در شرایط پایا و در نقطه طراحی بررسی شده و محاسبه سوخت پس‌سوز، طراحی هندسی و اثر کنترل سطح نازل در یک چارچوب واحد مورد توجه قرار گرفته است. ابتدا اکسیژن باقی‌مانده در خروجی محفظه احتراق محاسبه شده و بیشینه دبی سوخت قابل اشتعال در پس‌سوز برابر با 0/208 kg/s تعیین شد. سپس ابعاد هندسی پس‌سوز با استفاده از نرم‌افزارAEDsys استخراج و افت فشار جریان با استفاده از نسبت انسداد 0/314 محاسبه گردید. در ادامه، مدل پس‌سوز و نازل متغیر به مدل پایه موتور افزوده شد و شبیه‌سازی عملکرد در محیط MATLAB/Simulink انجام پذیرفت. نتایج نشان داد که با ثابت ماندن نقطه کاری توربوماشین‌های بالادست، رانش موتور از 3697N به 4724N افزایش یافت که بیانگر رشد 27/77% است. همچنین دبی کل سوخت در حالت پس‌سوز روشن به حدود 2/6 برابر مقدار اولیه رسید. تحلیل نقشه کمپرسور نشان داد که کنترل سطح مؤثر نازل برای جلوگیری از حرکت نقطه کاری کمپرسور به سمت ناحیه سرج ضروری است. این نتایج می‌تواند مبنایی برای طراحی اولیه، تحلیل عملکرد و توسعه کنترلرهای یکپارچه در موتورهای مجهز به پس‌سوز فراهم کند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Thermodynamic Modeling and Performance Simulation of an Afterburner in a Turbojet Engine

نویسندگان English

MohammadMahdi Dashti 1
Morteza montazeri 2
1 Department of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology (IUST), Tehran, Iran
2 Professor, Faculty of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
چکیده English

Using an afterburner in turbojet engines is an effective method for momentary thrust augmentation; however, it increases fuel consumption, exhaust-gas temperature, and the need for precise nozzle control. Therefore, simultaneous analysis of afterburner thermodynamic behavior and the role of the variable nozzle is important for maintaining stable engine performance. In this study, the effect of afterburner activation on turbojet engine performance is investigated under steady-state conditions at the design point, and afterburner fuel calculation, geometric design, and nozzle-area control are considered in a unified framework. First, by calculating the remaining oxygen at the combustor outlet, the maximum combustible afterburner fuel mass flow rate was determined as 0.208 kg/s. Then, afterburner geometric dimensions were extracted using AEDsys, and flow pressure loss was calculated using a blockage ratio of 0.314. Subsequently, the afterburner and variable nozzle models were added to the base engine model, and performance simulation was performed in MATLAB/Simulink. Results showed that, while the operating point of upstream turbomachinery remained unchanged, engine thrust increased from 3697 N to 4724N, indicating a 27.77% increase. The total fuel mass flow rate in the afterburner-on condition also reached about 2.6 times the initial value. Compressor map analysis showed that effective nozzle-area control is necessary to prevent the compressor operating point from moving toward surge. These results can provide a basis for preliminary design, performance analysis, and integrated controller development in afterburner-equipped engines.

کلیدواژه‌ها English

Afterburner modeling
Blockage analysis
Zero-dimensional thermodynamic modeling
Variable nozzle
Performance map

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 12 مهر 1405

  • تاریخ دریافت 20 اردیبهشت 1405
  • تاریخ بازنگری 02 تیر 1405
  • تاریخ پذیرش 24 شهریور 1405
  • تاریخ انتشار 12 مهر 1405