Daha az tüketim, daha az kirletici emisyon! – Bunlar her zaman her yeni nesil uçak motoru için gereksinimlerdir. Ters yönde dönen rotorlarla ilgili en son testler, Köln’deki Alman Havacılık ve Uzay Merkezi’nin (DLR) test tezgahlarında başarıyla tamamlandı. Bu konsept, yüksek talepleri karşılama potansiyeline sahiptir.
Yakıt tüketimini ve dolayısıyla uçaklardan kaynaklanan emisyonları azaltmak için birçok başlangıç noktası vardır. Kanatların ve gövdenin aerodinamiğine ek olarak, motor bariz ama aynı zamanda çok karmaşık bir başlangıç noktasıdır.
Yanmaya ek olarak, fan ve kompresör kanatları da özellikle ilgi çekicidir. Çevreleyen havanın sıkıştırılmasını sağlarlar ve böylece uçağı iten itme kuvvetini oluştururlar. Farklı rotor modelleri ve konseptleri, farklı avantajlar ve dezavantajlar sunar. Genel olarak, açık rotorlar (pervaneler), bir mahfaza içine alınmış rotorlardan daha az yakıt tüketir. Bununla birlikte, açık rotorlar da sözde turbofan motorlardan önemli ölçüde daha gürültülüdür. İki konseptin birleşimi, benzer bir gürültü seviyesinde geleneksel turbofana kıyasla verimlilikte hafif bir artış vaat eden ters yönde dönen kanallı propfan (CRISP) ile sonuçlandı.
Optimize edilmiş geometri
Mümkün olan en yüksek verimi elde etmek için rotor kanatlarının geometrisi optimize edilmeli ve ardından test edilmelidir. DLR Tahrik Teknolojisi Enstitüsü’nde şu anda yürütülen CRISPmulti projesinin devreye girdiği yer burasıdır.
Çok kademeli iki şaftlı eksenel kompresör test tezgahına (M2VP) kurulan yeni test düzeneği, ters yönde dönen rotor kanatlarını gerçekçi koşullar altında inceleme fırsatı sundu. Proje, hafif karbon fiber kompozitlerden (CFRP) yapılmış rotor kanatlarını test etti. Bilgisayar modelleri kullanılarak tasarlanan bu rotor kanatlarının üretilebilmesi için DLR Yapılar ve Yapılar Enstitüsü’nde yeni üretim süreçleri geliştirilmiştir.
akış çalışması
Gelecekte modern motorların verimliliğini artırmak için, bir motorun baypas oranı (baypas oranı, yani motordan ne kadar hava akışı yönlendirilir ve ne kadar motor içinden akış) daha da artırılmalıdır. Bu nedenle, daha büyük dış çaplı motorlar artık geleneksel bir ticari uçağın kanatları altına entegre edilemeyeceğinden, gelecek nesil uçakların tasarımı değişmek zorunda kalacak. Daha büyük motor kaportaları da sürtünme direncini önemli ölçüde artırır, böylece bu bağlamda doğal sınırlar ortaya çıkar. Umut verici bir iyileştirme seçeneği, onu gövdeye yakın veya gövdenin içine monte etmektir. Bu, genel sürtünmeyi ve kompresör için gereken gücü azaltabilir. Gürültü kirliliği, akustik gölgeleme efektleriyle de azaltılabilir.
Böyle bir motor entegrasyonunun önemli bir dezavantajı, motora homojen olmayan akıştır (giriş bozukluğu). CRISPmulti-Fan üzerinde ortaya çıkan olumsuz etkiler, multidisipliner ölçüm teknolojisi kullanılarak AGATA3S projesi çerçevesinde araştırıldı. Önceden, DLR Aeroelastisite Enstitüsü’nden bilim adamları bir dizi sayısal test gerçekleştirdiler.
Deneyler için, DLR Aerodinamik ve Akış Teknolojisi Enstitüsü tarafından sayısal uçak simülasyonlarından gerçekçi test durumları elde edildi ve yeni geliştirilen bir test tekniği kullanılarak test tezgahında yeniden üretildi. İçeri akan hava ve fanın aerodinamiği, aerodinamik problar, sıcak tel ölçüm teknolojisi ve parçacık görüntülü hız ölçer kullanılarak yüksek çözünürlükte ölçüldü. Kanatların yüklenmesi ve titreşim davranışı gerinim ölçerler, temassız kanat titreşim ölçümü ve Görüntü Örüntüsü Korelasyon Tekniği kullanılarak analiz edilmiştir. Fanın giriş ve çıkışına çeşitli mikrofonlar yerleştirilerek fanın oluşturduğu ses alanı detaylı olarak yakalanmıştır.
Diğer ölçüm teknolojisi de “sabit” değildir. Tahrik Teknolojisi Enstitüsü’nün “Motor Ölçüm Teknolojisi” bölümü, testlerin sağlam bir veri tabanı oluşturmasını sağlamak için optik yöntemler kullandı.
Ölçüm sonuçlarının değerlendirilmesi
Ölçüm sonuçları, CRISPmulti ve AGATA projelerinin proje hedeflerine ulaşılmasında çok önemli bir rol oynamaktadır. Halen değerlendirilmekte olan sayısal yöntemlerin doğrulanması için kapsamlı bir deneysel veri tabanı oluşturulmuştur. Elde edilen veriler kullanılarak giriş kesintisinin fan üzerindeki etkisi detaylı bir şekilde analiz edilmiştir. Kanatların hem aerodinamik fenomeni hem de mekanik ve aeroelastik özellikleri, ölçüm verileri kullanılarak değerlendirilebilir.
“Şu ana kadar elde edilen sonuçlar, üretilen giriş bozukluğuna bağlı olarak ters yönde dönen fanın çok sağlam bir aerodinamik davranış sergilediğini gösteriyor. Bugüne kadar yapılan yapısal-mekanik ölçüm sonuçlarının değerlendirilmesine dayanarak, kanatların düzgün çalışma davranışı gösterdiği gösterilmiştir. DLR Tahrik Teknolojisi Enstitüsü’nden Timea Lengyel-Kampmann.
Elde edilen ölçüm sonuçlarının yardımıyla, bilim artık gelecekteki uçak ve motor konseptlerinin planlamasına akan daha kesin anahtar rakamlara sahip. Basınç koşulları, akış alanı, rotor kanatlarının deformasyonu ve rotor ile kasa arasındaki farklı hava akışlarının neden olduğu bozulmalar gibi faktörlere ilişkin güvenilir veriler, bilgisayar modellerini kullanarak daha hızlı ve daha uygun maliyetli geliştirmenin temelini oluşturur.
Yakıt tüketimini ve dolayısıyla uçaklardan kaynaklanan emisyonları azaltmak için birçok başlangıç noktası vardır. Kanatların ve gövdenin aerodinamiğine ek olarak, motor bariz ama aynı zamanda çok karmaşık bir başlangıç noktasıdır.
Yanmaya ek olarak, fan ve kompresör kanatları da özellikle ilgi çekicidir. Çevreleyen havanın sıkıştırılmasını sağlarlar ve böylece uçağı iten itme kuvvetini oluştururlar. Farklı rotor modelleri ve konseptleri, farklı avantajlar ve dezavantajlar sunar. Genel olarak, açık rotorlar (pervaneler), bir mahfaza içine alınmış rotorlardan daha az yakıt tüketir. Bununla birlikte, açık rotorlar da sözde turbofan motorlardan önemli ölçüde daha gürültülüdür. İki konseptin birleşimi, benzer bir gürültü seviyesinde geleneksel turbofana kıyasla verimlilikte hafif bir artış vaat eden ters yönde dönen kanallı propfan (CRISP) ile sonuçlandı.
Optimize edilmiş geometri
Mümkün olan en yüksek verimi elde etmek için rotor kanatlarının geometrisi optimize edilmeli ve ardından test edilmelidir. DLR Tahrik Teknolojisi Enstitüsü’nde şu anda yürütülen CRISPmulti projesinin devreye girdiği yer burasıdır.
Çok kademeli iki şaftlı eksenel kompresör test tezgahına (M2VP) kurulan yeni test düzeneği, ters yönde dönen rotor kanatlarını gerçekçi koşullar altında inceleme fırsatı sundu. Proje, hafif karbon fiber kompozitlerden (CFRP) yapılmış rotor kanatlarını test etti. Bilgisayar modelleri kullanılarak tasarlanan bu rotor kanatlarının üretilebilmesi için DLR Yapılar ve Yapılar Enstitüsü’nde yeni üretim süreçleri geliştirilmiştir.
akış çalışması
Gelecekte modern motorların verimliliğini artırmak için, bir motorun baypas oranı (baypas oranı, yani motordan ne kadar hava akışı yönlendirilir ve ne kadar motor içinden akış) daha da artırılmalıdır. Bu nedenle, daha büyük dış çaplı motorlar artık geleneksel bir ticari uçağın kanatları altına entegre edilemeyeceğinden, gelecek nesil uçakların tasarımı değişmek zorunda kalacak. Daha büyük motor kaportaları da sürtünme direncini önemli ölçüde artırır, böylece bu bağlamda doğal sınırlar ortaya çıkar. Umut verici bir iyileştirme seçeneği, onu gövdeye yakın veya gövdenin içine monte etmektir. Bu, genel sürtünmeyi ve kompresör için gereken gücü azaltabilir. Gürültü kirliliği, akustik gölgeleme efektleriyle de azaltılabilir.
Böyle bir motor entegrasyonunun önemli bir dezavantajı, motora homojen olmayan akıştır (giriş bozukluğu). CRISPmulti-Fan üzerinde ortaya çıkan olumsuz etkiler, multidisipliner ölçüm teknolojisi kullanılarak AGATA3S projesi çerçevesinde araştırıldı. Önceden, DLR Aeroelastisite Enstitüsü’nden bilim adamları bir dizi sayısal test gerçekleştirdiler.
Deneyler için, DLR Aerodinamik ve Akış Teknolojisi Enstitüsü tarafından sayısal uçak simülasyonlarından gerçekçi test durumları elde edildi ve yeni geliştirilen bir test tekniği kullanılarak test tezgahında yeniden üretildi. İçeri akan hava ve fanın aerodinamiği, aerodinamik problar, sıcak tel ölçüm teknolojisi ve parçacık görüntülü hız ölçer kullanılarak yüksek çözünürlükte ölçüldü. Kanatların yüklenmesi ve titreşim davranışı gerinim ölçerler, temassız kanat titreşim ölçümü ve Görüntü Örüntüsü Korelasyon Tekniği kullanılarak analiz edilmiştir. Fanın giriş ve çıkışına çeşitli mikrofonlar yerleştirilerek fanın oluşturduğu ses alanı detaylı olarak yakalanmıştır.
Diğer ölçüm teknolojisi de “sabit” değildir. Tahrik Teknolojisi Enstitüsü’nün “Motor Ölçüm Teknolojisi” bölümü, testlerin sağlam bir veri tabanı oluşturmasını sağlamak için optik yöntemler kullandı.
Ölçüm sonuçlarının değerlendirilmesi
Ölçüm sonuçları, CRISPmulti ve AGATA projelerinin proje hedeflerine ulaşılmasında çok önemli bir rol oynamaktadır. Halen değerlendirilmekte olan sayısal yöntemlerin doğrulanması için kapsamlı bir deneysel veri tabanı oluşturulmuştur. Elde edilen veriler kullanılarak giriş kesintisinin fan üzerindeki etkisi detaylı bir şekilde analiz edilmiştir. Kanatların hem aerodinamik fenomeni hem de mekanik ve aeroelastik özellikleri, ölçüm verileri kullanılarak değerlendirilebilir.
“Şu ana kadar elde edilen sonuçlar, üretilen giriş bozukluğuna bağlı olarak ters yönde dönen fanın çok sağlam bir aerodinamik davranış sergilediğini gösteriyor. Bugüne kadar yapılan yapısal-mekanik ölçüm sonuçlarının değerlendirilmesine dayanarak, kanatların düzgün çalışma davranışı gösterdiği gösterilmiştir. DLR Tahrik Teknolojisi Enstitüsü’nden Timea Lengyel-Kampmann.
Elde edilen ölçüm sonuçlarının yardımıyla, bilim artık gelecekteki uçak ve motor konseptlerinin planlamasına akan daha kesin anahtar rakamlara sahip. Basınç koşulları, akış alanı, rotor kanatlarının deformasyonu ve rotor ile kasa arasındaki farklı hava akışlarının neden olduğu bozulmalar gibi faktörlere ilişkin güvenilir veriler, bilgisayar modellerini kullanarak daha hızlı ve daha uygun maliyetli geliştirmenin temelini oluşturur.