presentación pfc. david torres ocaña
DESCRIPTION
This is my last Final Proyect of my creer and presents an innovative technical solution in the field of aerospace propulsion and a research of the improvements in this field in recent years.The project is called "Splitter System and adaptation to the VCE" and focuses on a improve of the engines used in military aviation and civil aviation, that could change the way to concieve the jet engines.TRANSCRIPT
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Sistema Splitter y adaptación a
los VCEDavid Torres Ocaña
E.U.I.T.A. Octubre 2010
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Conceptos básicos
• VCE
• Splitter
• BPR
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1. Introducción
• Splitter: Solución al problema de la variación del BPR en los VCE
• VCE del proyecto y de aplicación del sistema
• Carencia de derivadores de flujo eficientes
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2. Historia y motivación
• ¿Por qué un motor de ciclo variable?
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2.1. Historia de los VCE
• Aparición en los años 70
• Investigaciones de organizaciones de seguridad y constructoras aeronáuticas
• Búsqueda del ATFE y del motor para transportes supersónicos
• Actualmente: GE YF-120
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2.2. Historia de los derivadores
• Variación del BPR mediante distintos sistemas de regulación de flujo
• VABI, Annular Inverter Valve, Front VABI->Efecto en la zona de derivación
• Derivadores: O`Rourke 1978->No tuvo éxito
• Ausencia hoy día de un sistema de derivación eficiente
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2.3. Motivación
• Propósito de los VCE
• Motivación del sistema Splitter
Una variable mas->Rediseño en vuelo
Ausencia deun sistema de derivacióneficiente
BPR
ΠHPC
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3. Objetivos
• Idea original->Rediseño en vuelo
• Concepto explorado por los VCE
• Solución a la variación del BPR en los VCE
• Solución sencilla y eficiente->Splitter
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4. Definición y conceptos de VCE
• Desarrollo de los VCE y su tecnología desde los 70
• Investigación de organizaciones y empresas
• Conceptos Estadounidenses->NASA, GE, P&W, DoD, Boeing, etc.
• Conceptos Europeos->MTU, MD de Rep. Fed. de Alemania.
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4.3. Mejores soluciones
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4.3. Mejores soluciones
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4.3. Mejores soluciones
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5. Definición del sistema Splitter
• Criterios de definición:
Eficiencia aerodinámica y mínima perdida de carga
Simplicidad del sistema
Mínimo peso
Dimensiones reducidas
Gran aplicabilidad y versatilidad
Gran rango de actuación (BPR)
Rapidez de actuación
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5.1. Principios básicos
• Derivación por cambio de relación de áreas
• Sistema de control de gastos
• Comunicación entre sistema derivador y sistema de control.
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5.2. Definición conceptual
• Situación del sistema Splitter
• Descripción básica
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5.2. Definición conceptual
• Cambio en la relación de áreas de entrada
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5.2. Definición conceptual
• Lóbulos Principales
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5.2. Definición conceptual
• Lóbulos Principales
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5.2. Definición conceptual
• Cubiertas
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5.2. Definición conceptual
• Cubiertas
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5.2. Definición conceptual
• Sistema unión Lobulos-Curbiertas
Tratamiento antifricción a ambos elementos
Raíl guía articulado
Raíl guía semirrígido
Cable estabilizador
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5.2. Definición conceptual
• Varillas actuadoras
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5.2. Definición conceptual
• Semicírculos guía
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5.2. Definición conceptual
• Actuadores
Servoactuadores eléctricos disponibles en el mercado
• Unión con carcasa principal
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6. Diseño del sistema
• Estudio paramétrico
Parámetros fundamentales
Sistema de ecuaciones->Variables de diseño
Gráficos de influencia
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6.1.4. Gráficos de influencia
• Influencia en cuerda
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6.1.4. Gráficos de influencia
• Influencia en radio labio de corte
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6.1.4. Gráficos de influencia
• Influencia en relación de longitudes
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6.1.4. Gráficos de influencia
• Influencia en relación de radios
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6.2. Elección parámetros de
diseño
• Criterios
Minimización de la cuerda y del peso
Relaciones de radio y longitud aceptables
Minimización de fuerzas aerodinámicas
Minimización de esfuerzos por deformación
• Deformación del sistema
Deformación de lóbulos y cubiertas
Punto neutro de diseño
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6.2. Elección parámetros de
diseño
• Fuerzas aerodinámicas
Calculo inexacto de fuerzas y momentos en etapa 18 de misión
Sobredimensionado de los cálculos
Orden de magnitud:
• Restricciones de longitud y radio
Restricción de longitud: del orden del 1%
Restricción de radio: aceptable para el diseño del proyecto
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7. Aplicación del sistema
• Aplicación a los VCE
Sistema constructivo, NO aplicación
Medidas constructivas adicionales:
Sistema controlador de flujo: VABI o Tobera/s
Turbomaquinaria de geometría variable
• Aplicación a conceptos definidosSingle and Double Bypass simplification, Rear
VABI
VTF
Conceptos novedosos: 4 posible conceptos novedosos
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8. Adaptación a un VCE
• Aplicación del sistema a un VCE diseñado como motor del F-35A
• Concepto de VCE usado
F135 100 como base para optimización según BPR variable
Incorporación de Splitter: Derivación
Sistema de control de gastos: VABI
Reparto de la expansión: Turbinas de geometría variable
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8.1.3. Reparto de la expansión
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8. Adaptación a un VCE
• Diseño de la aplicación Splitter
• Parámetros de radios obtenidos del diseño del motor de base y del F135 100
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9. Viabilidad de un VCE
9.1. Objetivos y procedimiento
• Comparación de motor tipo de F35A con su optimización
• Diseño de planta de potencia tipo: Remotorización del F35A
• Optimización de este motor según BPR variable. Definición del VCE
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9. Viabilidad de un VCE
9.2. Diseño de motor tipo de un F-35A
• Remotorización de la nave
• Misión estándar
• Elección de ciclotermodinámico: Leg 13
• Consumo de combustible
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9. Viabilidad de un VCE
• Misión estándar
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9. Viabilidad de un VCE
• Elección de ciclo termodinámico: Leg 13
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9. Viabilidad de un VCE
• Consumo de combustible. Misión estándar
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9. Viabilidad de un VCE
9.3. Optimización de un turbofán según BPR variable. VCE
• Objeto de comparación con el anterior motor
• Optimización del motor de base
• Optimización según unas pautas y un método especifico
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9.3. Optimización de un turbofán
según BPR variable. VCE
• Metodología y soluciones técnicas
Pautas seguidas en la optimización
Rel. Compresión LPC constante y variación en el core
Variación del BPR y variables secundarias
Metodología: Variación de la relación de gastos y cambio en la compresión en HPC
Reparto de la expansión en las turbinas y cambio de la relación de gastos
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9.3. Optimización de un turbofán
según BPR variable. VCE
• Optimizaciones
Elección de parámetros para proceso de optimización
Optimizaciónsegún BPR variable
Nuevo diseñoen etapa y nuevos parámetros
![Page 44: Presentación PFC. David Torres Ocaña](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062303/5571fb61497959916994ba99/html5/thumbnails/44.jpg)
9.3. Optimización de un turbofán
según BPR variable. VCE
• Resultados
Consumo de combustible
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9.4. Comparación motor normal y
VCE
• Comparación de TSFC
![Page 46: Presentación PFC. David Torres Ocaña](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062303/5571fb61497959916994ba99/html5/thumbnails/46.jpg)
9.4. Comparación motor normal y
VCE
• Comparación de consumos
• Incremento de la carga de pago en un 29% o unos 790Kg
![Page 47: Presentación PFC. David Torres Ocaña](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062303/5571fb61497959916994ba99/html5/thumbnails/47.jpg)
9.6. Viabilidad. Resultados finales
• Atractivo ingenieril
![Page 48: Presentación PFC. David Torres Ocaña](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062303/5571fb61497959916994ba99/html5/thumbnails/48.jpg)
9.6. Viabilidad. Resultados finales
• Atractivo económico
Impacto económico de la reducción de consumo
Comparación con otras mejoras
Impacto económico, aumento de la carga de
pago
Beneficio estratégico
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10. Conclusiones
• Solución al problema de la variación del BPR de algunos VCE
• Involucración de muchos aéreas de conocimiento->Escasa profundización en los análisis
• Sobredimensionado de los cálculos. Cálculos conservativos
• Sistema viable ingenieril y económicamente
![Page 50: Presentación PFC. David Torres Ocaña](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022062303/5571fb61497959916994ba99/html5/thumbnails/50.jpg)
Sistema Splitter y adaptación a
los VCE
Presentación Proyecto Fin de Carrera
E.U.I.T. Aeronáutica
David Torres Ocaña
Aeromotores Octubre 2010
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Ruegos y preguntas