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.

1. Sistema Splitter y adaptación a
los VCE
David Torres Ocaña
E.U.I.T.A. Octubre 2010

2. Conceptos básicos
• VCE
• Splitter
• BPR

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. 2. Historia y motivación
• ¿Por qué un motor de ciclo variable?

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. 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. 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. 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. 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. 4.3. Mejores soluciones

11. 4.3. Mejores soluciones

12. 4.3. Mejores soluciones

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. 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. 5.2. Definición conceptual
• Situación del
sistema Splitter
• Descripción básica

16. 5.2. Definición conceptual
• Situación en motor real

17. 5.2. Definición conceptual
• Cambio en la relación de áreas de
entrada

18. 5.2. Definición conceptual
• Lóbulos Principales

19. 5.2. Definición conceptual
• Lóbulos Principales

20. 5.2. Definición conceptual
• Cubiertas

21. 5.2. Definición conceptual
• Cubiertas

22. 5.2. Definición conceptual
• Sistema unión Lobulos-Curbiertas
Tratamiento antifricción a ambos
elementos
Raíl guía
articulado
Raíl guía
semirrígido
Cable
estabilizador

23. 5.2. Definición conceptual
• Varillas actuadoras

24. 5.2. Definición conceptual
• Semicírculos guía

25. 5.2. Definición conceptual
• Actuadores
Servoactuadores
eléctricos
disponibles en
el mercado
• Unión con carcasa principal

26. 6. Diseño del sistema
• Estudio paramétrico
Parámetros fundamentales
Sistema de ecuaciones->Variables de
diseño
Gráficos de influencia

27. 6.1.4. Gráficos de influencia
• Influencia en cuerda

28. 6.1.4. Gráficos de influencia
• Influencia en radio labio de corte

29. 6.1.4. Gráficos de influencia
• Influencia en relación de longitudes

30. 6.1.4. Gráficos de influencia
• Influencia en relación de radios

31. 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

32. 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

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. 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. 8.1.3. Reparto de la expansión

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. 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

38. 9. Viabilidad de un VCE
9.2. Diseño de motor tipo de un F-35A
• Remotorización de
la nave
• Misión estándar
• Elección de ciclo
termodinámico:
Leg 13
• Consumo de
combustible

39. 9. Viabilidad de un VCE
• Misión
estándar

40. 9. Viabilidad de un VCE
• Elección de ciclo termodinámico: Leg
13

41. 9. Viabilidad de un VCE
• Consumo de combustible. Misión
estándar

42. 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

43. 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

44. 9.3. Optimización de un turbofán
según BPR variable. VCE
• Optimizaciones
Elección de parámetros para proceso de
optimización
Optimización
según BPR
variable
Nuevo diseño
en etapa y
nuevos
parámetros

45. 9.3. Optimización de un turbofán
según BPR variable. VCE
• Resultados
Consumo de combustible

46. 9.4. Comparación motor normal y
VCE
• Comparación de TSFC

47. 9.4. Comparación motor normal y
VCE
• Comparación
de consumos
• Incremento
de la carga
de pago en
un 29% o
unos 790Kg

48. 9.6. Viabilidad. Resultados finales
• Atractivo ingenieril

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. 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. Sistema Splitter y adaptación a
los VCE
Presentación Proyecto Fin de Carrera
E.U.I.T. Aeronáutica
David Torres Ocaña
Aeromotores Octubre 2010

52. Ruegos y preguntas