Sistema Splitter y adaptación a          los VCE                  David Torres Ocaña                 E.U.I.T.A. Octubre 2010
Conceptos básicos • VCE • Splitter • BPR
1. Introducción• Splitter: Solución al problema de la  variación del BPR en los VCE• VCE del proyecto y de aplicación del ...
2. Historia y motivación• ¿Por qué un motor de ciclo variable?
2.1. Historia de los VCE• Aparición en los años 70• Investigaciones de organizaciones de  seguridad y constructoras aeroná...
2.2. Historia de los derivadores• Variación del BPR mediante distintos  sistemas de regulación de flujo• VABI, Annular Inv...
2.3. Motivación• Propósito de los VCE• Motivación del sistema Splitter  Una variable mas->Rediseño en vuelo              ...
3. Objetivos• Idea original->Rediseño en vuelo• Concepto  explorado por  los VCE• Solución a la  variación del  BPR en los...
4. Definición y conceptos de VCE• Desarrollo de los VCE y su tecnología  desde los 70• Investigación de organizaciones y  ...
4.3. Mejores soluciones
4.3. Mejores soluciones
4.3. Mejores soluciones
5. Definición del sistema Splitter• Criterios de definición:  Eficiencia aerodinámica y mínima perdida   de carga  Simpl...
5.1. Principios básicos• Derivación por cambio de relación de  áreas• Sistema de control de gastos• Comunicación entre sis...
5.2. Definición conceptual• Situación del  sistema Splitter• Descripción básica
5.2. Definición conceptual• Situación en motor real
5.2. Definición conceptual• Cambio en la relación de áreas de  entrada
5.2. Definición conceptual• Lóbulos Principales
5.2. Definición conceptual• Lóbulos Principales
5.2. Definición conceptual• Cubiertas
5.2. Definición conceptual• Cubiertas
5.2. Definición conceptual• Sistema unión Lobulos-Curbiertas  Tratamiento antifricción a ambos   elementos  Raíl guía   ...
5.2. Definición conceptual• Varillas actuadoras
5.2. Definición conceptual• Semicírculos guía
5.2. Definición conceptual• Actuadores  Servoactuadores   eléctricos   disponibles en   el mercado• Unión con carcasa pri...
6. Diseño del sistema• Estudio paramétrico  Parámetros fundamentales  Sistema de ecuaciones->Variables de   diseño  Grá...
6.1.4. Gráficos de influencia• Influencia en cuerda
6.1.4. Gráficos de influencia• Influencia en radio labio de corte
6.1.4. Gráficos de influencia• Influencia en relación de longitudes
6.1.4. Gráficos de influencia• Influencia en relación de radios
6.2. Elección parámetros dediseño• Criterios  Minimización de la cuerda y del peso  Relaciones de radio y longitud acept...
6.2. Elección parámetros dediseño• Fuerzas aerodinámicas  Calculo inexacto de fuerzas y momentos   en etapa 18 de misión ...
7. Aplicación del sistema• Aplicación a los VCE  Sistema constructivo, NO aplicación  Medidas constructivas adicionales:...
8. Adaptación a un VCE• Aplicación del sistema a un VCE  diseñado como motor del F-35A• Concepto de VCE usado  F135 100 c...
8.1.3. Reparto de la expansión
8. Adaptación a un VCE• Diseño de la aplicación Splitter  • Parámetros de radios obtenidos del diseño    del motor de base...
9. Viabilidad de un VCE9.1. Objetivos y procedimiento• Comparación de motor tipo de F35A  con su optimización• Diseño de p...
9. Viabilidad de un VCE9.2. Diseño de motor tipo de un F-35A• Remotorización de  la nave• Misión estándar• Elección de cic...
9. Viabilidad de un VCE• Misión  estándar
9. Viabilidad de un VCE• Elección de ciclo termodinámico: Leg  13
9. Viabilidad de un VCE• Consumo de combustible. Misión  estándar
9. Viabilidad de un VCE9.3. Optimización de un turbofán según  BPR variable. VCE• Objeto de comparación con el anterior  m...
9.3. Optimización de un turbofánsegún BPR variable. VCE• Metodología y soluciones técnicas  Pautas seguidas en la optimiz...
9.3. Optimización de un turbofánsegún BPR variable. VCE• Optimizaciones  Elección de parámetros para proceso de   optimiz...
9.3. Optimización de un turbofánsegún BPR variable. VCE• Resultados  Consumo de combustible
9.4. Comparación motor normal yVCE• Comparación de TSFC
9.4. Comparación motor normal yVCE• Comparación  de consumos• Incremento  de la carga  de pago en  un 29% o  unos 790Kg
9.6. Viabilidad. Resultados finales• Atractivo ingenieril
9.6. Viabilidad. Resultados finales• Atractivo económico  Impacto económico de la reducción de consumo  Comparación con ...
10. Conclusiones• Solución al problema de la variación  del BPR de algunos VCE• Involucración de muchos aéreas de  conocim...
Sistema Splitter y adaptación a          los VCEPresentación Proyecto Fin de Carrera        E.U.I.T. Aeronáutica        Da...
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The final proyect 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.

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Sistema Splitter y adaptación a los VCE

  1. 1. Sistema Splitter y adaptación a los VCE David Torres Ocaña E.U.I.T.A. Octubre 2010
  2. 2. Conceptos básicos • VCE • Splitter • BPR
  3. 3. 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
  4. 4. 2. Historia y motivación• ¿Por qué un motor de ciclo variable?
  5. 5. 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
  6. 6. 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
  7. 7. 2.3. Motivación• Propósito de los VCE• Motivación del sistema Splitter Una variable mas->Rediseño en vuelo BPR ΠHPC Ausencia de un sistema de derivación eficiente
  8. 8. 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
  9. 9. 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.
  10. 10. 4.3. Mejores soluciones
  11. 11. 4.3. Mejores soluciones
  12. 12. 4.3. Mejores soluciones
  13. 13. 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
  14. 14. 5.1. Principios básicos• Derivación por cambio de relación de áreas• Sistema de control de gastos• Comunicación entre sistema derivador y sistema de control.
  15. 15. 5.2. Definición conceptual• Situación del sistema Splitter• Descripción básica
  16. 16. 5.2. Definición conceptual• Situación en motor real
  17. 17. 5.2. Definición conceptual• Cambio en la relación de áreas de entrada
  18. 18. 5.2. Definición conceptual• Lóbulos Principales
  19. 19. 5.2. Definición conceptual• Lóbulos Principales
  20. 20. 5.2. Definición conceptual• Cubiertas
  21. 21. 5.2. Definición conceptual• Cubiertas
  22. 22. 5.2. Definición conceptual• Sistema unión Lobulos-Curbiertas Tratamiento antifricción a ambos elementos Raíl guía articulado Raíl guía semirrígido Cable estabilizador
  23. 23. 5.2. Definición conceptual• Varillas actuadoras
  24. 24. 5.2. Definición conceptual• Semicírculos guía
  25. 25. 5.2. Definición conceptual• Actuadores Servoactuadores eléctricos disponibles en el mercado• Unión con carcasa principal
  26. 26. 6. Diseño del sistema• Estudio paramétrico Parámetros fundamentales Sistema de ecuaciones->Variables de diseño Gráficos de influencia
  27. 27. 6.1.4. Gráficos de influencia• Influencia en cuerda
  28. 28. 6.1.4. Gráficos de influencia• Influencia en radio labio de corte
  29. 29. 6.1.4. Gráficos de influencia• Influencia en relación de longitudes
  30. 30. 6.1.4. Gráficos de influencia• Influencia en relación de radios
  31. 31. 6.2. Elección parámetros dediseño• 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
  32. 32. 6.2. Elección parámetros dediseño• 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
  33. 33. 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 definidos Single and Double Bypass simplification, Rear VABI VTF Conceptos novedosos: 4 posible conceptos novedosos
  34. 34. 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
  35. 35. 8.1.3. Reparto de la expansión
  36. 36. 8. Adaptación a un VCE• Diseño de la aplicación Splitter • Parámetros de radios obtenidos del diseño del motor de base y del F135 100
  37. 37. 9. Viabilidad de un VCE9.1. 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
  38. 38. 9. Viabilidad de un VCE9.2. Diseño de motor tipo de un F-35A• Remotorización de la nave• Misión estándar• Elección de ciclo termodinámico: Leg 13• Consumo de combustible
  39. 39. 9. Viabilidad de un VCE• Misión estándar
  40. 40. 9. Viabilidad de un VCE• Elección de ciclo termodinámico: Leg 13
  41. 41. 9. Viabilidad de un VCE• Consumo de combustible. Misión estándar
  42. 42. 9. Viabilidad de un VCE9.3. 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
  43. 43. 9.3. Optimización de un turbofánsegún 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
  44. 44. 9.3. Optimización de un turbofánsegún BPR variable. VCE• Optimizaciones Elección de parámetros para proceso de optimización Optimización según BPR variable Nuevo diseño en etapa y nuevos parámetros
  45. 45. 9.3. Optimización de un turbofánsegún BPR variable. VCE• Resultados Consumo de combustible
  46. 46. 9.4. Comparación motor normal yVCE• Comparación de TSFC
  47. 47. 9.4. Comparación motor normal yVCE• Comparación de consumos• Incremento de la carga de pago en un 29% o unos 790Kg
  48. 48. 9.6. Viabilidad. Resultados finales• Atractivo ingenieril
  49. 49. 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
  50. 50. 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
  51. 51. Sistema Splitter y adaptación a los VCEPresentación Proyecto Fin de Carrera E.U.I.T. Aeronáutica David Torres Ocaña Aeromotores Octubre 2010
  52. 52. Ruegos y preguntas

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