Modelado y Análisis de Rendimiento de un Motor de Ciclo Variable con Palas de Turbina de Compuestos de Matriz Cerámica
Autores: Li, Baokuo; Huang, Sheng; Yan, Huaixu; Zhang, Xiaobo; Du, Kun; Wang, Zhanxue
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Modelado y Análisis de Rendimiento de un Motor de Ciclo Variable con Palas de Turbina de Compuestos de Matriz Cerámica
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Aviones del futuro
Palas de turbina
Composite de matriz cerámica
Motores de ciclo variable
Flujo de aire de refrigeración
Rendimiento
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 31
Citaciones: Sin citaciones
Para cumplir con los requisitos de las aeronaves futuras en sistemas de potencia, las temperaturas de entrada de la turbina de los motores aéreos están aumentando gradualmente. El compuesto de matriz cerámica (CMC), con su límite térmico más alto, se ha convertido en el material preferido para las palas de turbina de los motores de ciclo variable (VCE). Sin embargo, el impacto de las palas de turbina de CMC en el rendimiento de un VCE aún se desconoce. En este proyecto de investigación, se determinan las características de eficiencia de enfriamiento del CMC a través de un cálculo de acoplamiento fluido-sólido; se establece un modelo de cálculo de enfriamiento para las palas de turbina, y se desarrolla una tecnología de solución y control de flujo de aire de enfriamiento (CSCT) para un sistema de aire. Además, se establece un modelo de simulación de VCE para analizar la influencia de las palas de turbina de CMC en el flujo de aire de enfriamiento del sistema de aire y el rendimiento general del motor. Los resultados muestran que, para la condición de diseño, la pala de turbina de CMC puede reducir el flujo de aire de enfriamiento del sistema de aire en aproximadamente un 10%, y el empuje neto aumenta entre un 6.07% y un 7.98%. Para las condiciones fuera de diseño, con el CSCT, el consumo específico de combustible puede reducirse entre un 3.06% y un 5.73% mientras se asegura que el empuje neto del motor permanezca sin cambios. Un análisis exhaustivo del rendimiento tanto para el punto de diseño como para los puntos fuera de diseño indica que el uso de CMC para las palas guía de turbina de alta presión (HPT) y las palas de rotor ofrece beneficios significativos en el rendimiento, mientras que la mejora del rendimiento por el uso de CMC para las palas de rotor de turbina de baja presión (LPT) es mínima.
Descripción
Para cumplir con los requisitos de las aeronaves futuras en sistemas de potencia, las temperaturas de entrada de la turbina de los motores aéreos están aumentando gradualmente. El compuesto de matriz cerámica (CMC), con su límite térmico más alto, se ha convertido en el material preferido para las palas de turbina de los motores de ciclo variable (VCE). Sin embargo, el impacto de las palas de turbina de CMC en el rendimiento de un VCE aún se desconoce. En este proyecto de investigación, se determinan las características de eficiencia de enfriamiento del CMC a través de un cálculo de acoplamiento fluido-sólido; se establece un modelo de cálculo de enfriamiento para las palas de turbina, y se desarrolla una tecnología de solución y control de flujo de aire de enfriamiento (CSCT) para un sistema de aire. Además, se establece un modelo de simulación de VCE para analizar la influencia de las palas de turbina de CMC en el flujo de aire de enfriamiento del sistema de aire y el rendimiento general del motor. Los resultados muestran que, para la condición de diseño, la pala de turbina de CMC puede reducir el flujo de aire de enfriamiento del sistema de aire en aproximadamente un 10%, y el empuje neto aumenta entre un 6.07% y un 7.98%. Para las condiciones fuera de diseño, con el CSCT, el consumo específico de combustible puede reducirse entre un 3.06% y un 5.73% mientras se asegura que el empuje neto del motor permanezca sin cambios. Un análisis exhaustivo del rendimiento tanto para el punto de diseño como para los puntos fuera de diseño indica que el uso de CMC para las palas guía de turbina de alta presión (HPT) y las palas de rotor ofrece beneficios significativos en el rendimiento, mientras que la mejora del rendimiento por el uso de CMC para las palas de rotor de turbina de baja presión (LPT) es mínima.