UCK 421 TEPKI ILE TAHRIK Yrd Do Dr

UCK 421 TEPKI ILE TAHRIK Yrd. Doç. Dr. Onur Tunçer İstanbul Teknik Üniversitesi

TERMODİNAMİK YASALAR

TERMODİNAMİĞİN SIFIRINCI YASASI Bir sistemin sıcaklığı mutlak sıfıra doğru giderken bütün süreçler durur ve sistemin entropisi en küçük değerine ulaşır. T(K)=T(°C)+273. 15

TERMODİNAMİĞİN BİRİNCİ YASASI Enerji ne yaratılabilir ne de yok edilebilir, ancak ve ancak korunur.

İŞ: Çevredeki moleküllerin hareketinde Oluşan tekdüze (yeknesak) değişiklik. (W) ISI: Çevredeki moleküllerin hareketinde düzensizliğin artışı. (Q) İŞ %20 ISI %80

Kütle debisine bölersek,

TERMODİNAMİĞİN İKİNCİ YASASI Kapalı bir sistemin entropisi hiçbir zaman azalmaz, ve mümkün oldukça artar. Termo-dinamiğin ikinci yasası evrene yönünü verir. Orijinal Çözelti Mürekkep Eklenir Entropi düzensizliğin ölçüsüdür. Mürekkep Çözülür

Saf Maddelerin Özellikleri Özgül hacim e: Birim kütle başına depolanan enerji Maddenin durumu ile ilgili üç değişkenden ikisi bilinirse diğer üçüncüsü hesaplanabilir. Entalpinin tanımı Sabit hacimdeki ısı kapasitesi Sabit basınçtaki ısı kapasitesi Isı kapasitesi oranı

Ses hızı Mach sayısı Toplam sıcaklık Toplam basınç Dinamik basınç Kütle akım parametresi

Kütlenin Korunumu

Sürekli rejimdeki akışlar için,

Momentumun Korunumu Sürekli rejimde bir kontrol yüzeyine momentumun korunumu ilkesi uygulanacak olursa,

Akışkanın Yüksek Hızla Lüleden İtilmesinden Doğan İtki Kuvveti

Hero’nun Buhar Makinası

Leonardo da Vinci’nin Bir Çizimi

Frank Whittle

Messerschmidtt ME 262

BRAYTON ÇEVRİMİ

Ideal Brayton Çevriminin Isıl Verimi

Gaz Türbin Tipleri • Santrifüj – Sıkıştırılmış hava motor çeperinin etrafında hareket eder. • Eksenel – Sıkıştırılmış hava doğrudan motorun ekseni boyunca hareket eder. • Santrifüj ve Eksenel Kombinasyonu Sıkıştırılmış hava iki yönde de (hangi kademeden geçtiğine bağlı olarak) hareket eder.

Eksenel Akışlı Türbin Çok Kademeli Eksenel Kompresör Merkez şaft İçeri alınan hava akımı merkez şafta paralel bir eksende ilerler.

Santrifüj Akışlı Türbin Santrifüj Hava akımı motor gövdesinin etrafından geçmeye zorlanır Kompresör İçeri alınan hava akımı motorun etrafında dolaşır.

Santrifüj ve Eksenel Kombinasyonu Türbin Santrifüj kompresör İçeri alınan hava akımı Eksenel kompresör İçeri alınan hava önce eksenel kademelerde sonra santrifüj kademe tarafından sıkıştırılıp yanma odasına gönderilir.

TURBOJET General Electric J 79 Turbojet art yakıcı ile birlikte

TURBOPROP Allison T 56 Turboşaft

TURBOFAN General Electric CF 6 Turbofan

Yüksek By-Pass Oranlı Turbofan Motorlarda Fan Çapı Karakteristik Olarak Büyüktür (Pratt & Whitney JT-9 D)

Turbo Motorların Karşılaştırması Turboprop Turbofan Turbojet • Orta hızlar • Dahili pervane • Yüksek hız • Orta boy uçaklar • Ses üstü hızlar • Mach 4 • Yüksek verim • Yüksek by-pass oranı • Düşük hava debisi • Sınırlı uçuş hızı • Orta/yüksek verim • Düşük verim • Dişli kutusu var • Dişli kutusu yok • Yüksek çalışma sıcaklığı NOT: Havanın ram etkisiyle sıkışmasından dolayı en iyi kompresör basınç oranı Mach 4’te sıfıra doğru gider. En iyi kompresör basınç oranı 30: 1 ses altı hızlar için En iyi kompresör basınç oranı 10: 1 @ Mach 2. Mach 4 ve daha yüksek hızlarda kompresöre ihtiyaç yoktur; Ramjet.

Motor Tipleri ve Uçuş Koşulları Arasındaki İlişki

TANIMLAR

Termal Verim * Motordan alınan net düzenli iş yapma hızının (şaft gücü yahut kinetik enerji) yakıt tarafından sağlanan ısıl enerji açığa çıkış hızına oranı

İtki Verimi • Motor gücünün uçağı itmede ne kadar verimli kullanıldığıdır. Uçak gücünün (itki x uçak hızı) motordan alınan güce oranıdır.

Toplam Verim * Termal verimin ve itki veriminin bileşimidir. İtki sisteminin toplam verimini temsil eder.

Özgül İtki * Motorun ürettiği itkinin motordan geçen kütle akım debisine (ki bunun çoğunluğu havadır, yakıt debisi ihmal edilebilir) oranıdır.

İtki Özgül Yakıt Sarfiyatı * Birim itki için harcanan yakıtın miktarıdır. S ile gösterilir.

Özgül Darbe (Isp) * Birim itici madde kütlesi başına momentumda oluşan değişikliktir. Birimi saniyedir. Motor Etkin Eksoz Hızı Özgül Darbe (m/s, (s) kg·m/s/kg) Kg Eksoz Başına Enerji (MJ/kg) Turbofan Motoru (Gerçek V is ~300) 29, 000 3, 000 ~0. 05 Katı Yakıtlı Roket 2, 500 250 3 Sıvı Yakıtlı Roket 4, 400 450 9. 7 29, 000 3, 000 430 İyon İtki Motoru Değişik Teknolojilerin Özgül Darbelerinin Karşılaştırılması

MOTORUN UÇAK GÖVDESİNE MONTAJI

Motorun Kanat Altına Takılması Halinde Akış Karakteristiği

Arka Gövdeye ve Yanına Takılmış 3 Turbofan Motoru (Mc. Donnell Douglas DC-10 -30)

Motorların Kanat Üzerine Montajı (VFW-Fokker 614)

Motorun Gövde İçerisine Montajı (SAAB Viggen)

Uçağın Yanına Takılan Hava Alıkları (SAAB Viggen)

Motor Tasarımı Parametrik Çevrim Analizi (Tasarım Noktası) Performans Analizi (Bütün Çalışma Koşullarında)

TASARIM SÜRECİ 1. Tasarım süreci belirli bir gereksinim tarafından başlatılır ve bu yine bunun tarafından kısıtlanır. 2. Motor yahut uçak tasarımı gibi konularda birçok yapılabilir (erişilebilir) çözüm mevcuttur ve bunlardan herhangi birisi tek yahut en iyi olarak adlandırılamaz. Son seçim daima tasarım ekibinin yargısını içerir. 3. Tasarım süreci çoğu kez iterasyon (özyineleme) yolu ile olur ve bir önceki adımda yapılan kabullerin doğru olmadığı bulunur ve tasarım süreci bu aşamadan itibaren istenilen koşullara yakınsama sağlanana dek tekrar edilir. 4. Çok disiplinli bir süreçtir. Sözgelimi gaz türbin motoru tasarımı en azından termo-dinamik, aero-dinamik, ısı transferi, yanma, yapı, malzeme, imal usülleri, enstrümantasyon ve kontrol gibi disiplenleri içerir. 5. Hepsinden önemlisi, karmaşık bir sistemin tasarımı tasarım ekibindeki herkesin aktif katılımını gerektirir. Çünkü bir sistemin tasarımı diğer sistemlerin tasarımı üzerinde etkilidir.

Pazar Araştırması Motor Spesifikasyonları Müşteri Gereksinimleri Ön çalışmalar, çevrim seçimi, turbo-makine tipinin belirlenmesi Aerodinamik Modifikasyonlar Test Düzenekleri (Kompresör, yanma odası, v. b. ) Tasarım Değişikleri Tasarım Noktası Harici Performans Termodinamik Tasarım Noktasının Belirlenmesi Bileşenlerin aerodinamiği Mekanik Tasarım (Mukavemet, titreşim v. b. ) Tasarım Değişikleri Kontrol Sistemi Ayrıntılı Tasarım ve İmalat Test ve Geliştirme Yeni Motor Versiyonları İmalat Saha Hizmeti

Gaz Türbin Motorları İçin İstasyon Numaralaması (ARP 755 A’ya göre)

# Konum 0 Serbest akım 4. 5 Soğutma akımı mikser 2 çıkışı 1 Hava alığı girişi 2 Hava alığı çıkışı, fan girişi 5 Düşük basınçlı türbin çıkışı 13 Fan çıkışı 6 Çekkirdek akışın miksere girişi 2. 5 Düşük basınçlı kompresör çıkışı 16 Fan by-pass akımının miksere girişi Düşük basınçlı türbin girişi Yüksek basınçlı kompresör girişi 6 A Mikser çıkışı 3 Yüksek basınçlı kompresör çıkışı Art yakıcı girişi 3. 1 Yanma odası girişi 4 Yanma odası çıkışı Eksoz lülesi girişi 8 Eksoz lülesi boynu Soğutma akımı 1 girişi 9 Eksoz lülesi çıkışı Lüle vanaları çıkışı Soğutma akımı 1 çıkışı Yüksek basınçlı türbin girişi 4. 4 Art yakıcı çıkışı Lüle vanaları girişi Yüksek basınçlı türbin girişi 4. 1 7 Yüksek basınçlı türbin çıkışı

Güç Dağıtımı ile Tahliye ve Türbin Soğutma Akımları Şeması

İşaret Komponent İstasyon AB Art yakıcı 6 A→ 7 b Yanma odası 3. 1→ 4 C Kompresör 2→ 3 c. H Yüksek basınçlı kompresör 2. 5→ 3 c. L Düşük basınçlı kompresör 2→ 2. 5 d Difüzör (hava alığı) 0→ 2 f Fan 2→ 13 - Fan borusu 13→ 16 m 1 Soğutma sıvısı mikseri 1 4→ 4. 1 m 2 Soğutma sıvısı mikseri 2 4. 4→ 4. 5 M Mikser 6→ 6 A n Eksoz lülesi 7→ 9 t Türbin 4→ 5 t. H Yüksek basınçlı türbin 4→ 4. 5 t. L Düşük basınçlı türbin 4. 5→ 5 Kompresör toplam basınç ve sıcaklık oranları

Kütle akım debilerini boyutsuz şekilde ifade etmek analizi kolaylaştırır. Kütle Akım Şeması

İndis Tanım İstasyon b Tahliye (bleed) akımı 3 -3. 1 C Motor boyunca çekirdek akış 2. 5, 3 c 1 Yüksek basınç türbini yönlendirme vanası için soğutma akımı 3 -3. 1, 4 -4. 1 c 2 Yüksek basınç türbininin geri kalanı için soğutma akımı 3 -3. 1, 4. 1 -4. 4 F By-pass borusundan geçen fan akımı 13 -16 f Ana yakıcı yakıt debisi 3. 1 -4 f. AB Art yakıcı yakıt debisi 6 A-7 0 -9 Numaralı istasyondaki akış debisi