A CFM LEAP-1A HAJTÓMŰ KÖZELÍTŐ TERMODINAMIKAI ANALÍZISE BEVEZETÉS

Átírás

1 Beneda Károly, Ladilav Főző A CFM LEAP-1A HAJÓMŰ KÖZELÍŐ ERMODINAMIKAI ANALÍZISE Najaink hajtóművei az egyre kiebb tüzelőanyag-fogyaztá miatt folyton növekvő kétáramúági fokkal é komrezor nyomávizonnyal rendelkeznek. Előbbi a roulzió, utóbbi edig a termiku hatáfok javítááért felelő. Míg az egy-két évtizeddel ezelőtt fejleztett olgári gázturbináknál a nyomávizony a 5 közötti tartományban volt jellemző, miközben 5 6 környéki kétáramúági fokok domináltak, addig najainkra ezek az értékek zámottevően megemelkedtek. Az utazállító reülőgéek iacán az egyik legkelendőbb tíu az Airbu egyfolyoó caládja, az A2. Ennek az újrahajtóművezéét a new engine otion rövidítééből zármazó neo megnevezéel illetik, é két nagy hajtóműgyár, a Pratt & Whitney, valamint a CFM International kínál hozzá jelentően továbbfejleztett erőforráokat. Az utóbbi termékét, a CFM LEAP-1A termodinamikai elemzéét mutatjuk be ebben a cikkben, özehaonlítva a gyár korábbi hajtóművével, a CFM56-5B-vel. Kulczavak: ultranagy kétáramúági fok, gázturbiná ugárhajtómű, CFM LEAP-1A, Airbu A2neo, termodinamikai analízi, LabVIEW BEVEZEÉS Najaink utazállító reülőgéeinek jelentő réze nagy kétáramúági fokú gázturbiná ugárhajtóművekkel van felzerelve, ahol a kedvező roulzió hatáfokot úgy lehetége elérni, hogy a hagyományo egyáramú ugárhajtóművekhez kéet létrehoznak egy máodlago levegőáramlát i, amely mérékeltebb felgyorítát zenved a külő áram fúvócövében, ezáltal cekélyebb energia befektetét igényel [1]. Cerébe jelentő mennyiégű levegőt kell megmozgatni, ezt az 1. ábrán lehet nyomon követni, ahol egy tiiku nagy kétáramúági fokú gázturbiná ugárhajtómű metzeti kée é jellegzete kereztmetzetei láthatóak. Ezek alaján a kétáramúági fokot, amelyet ebben a cikkben α-val jelölünk, a külő é a belő áramba kerülő tömegáramok vizonyaként definiálhatjuk, ahogyan azt az (1) egyenletben olvahatjuk. 1. ábra Nagy kétáramúági fokú gázturbiná ugárhajtómű hozmetzete a jellegzete kereztmetzetek megnevezéével m II (1) m I Az elmúlt évtizedekben zámo különböző kivitel kézült eltérő kétáramúági fokokkal, amelyeknek özefoglaló leíráát az 1. táblázatban láthatjuk.

2 Kétáramúági fok tartománya Megnevezé Alkalmazá egyáramú ugárhajtómű alárendelt célokra (célreülőgéek, vitorlázó reülőgéek egédhajtóműve, tb.),2 ki kétáramúági fokú katonai hajtóművek, nagy reüléi Mach-zámok ugárhajtómű 4 6 nagy kétáramúági általánoan elterjedt olgári reülőgéek, ill. fokú ugárhajtómű katonai zállítógéek meghajtáára 8 12 najaink újonnan fejleztett hajtóművei cökkentett fogyaztáal é károanyag-kibocá- ultranagy kétáramúági fokú ugárhajtómű táal 1. táblázat Különböző kétáramúági fokok tartományai Mivel a kétáramúági fok zoro özefüggében áll a roulzió hatáfokkal, ennek a jellemzőnek a növelée kívánato a hajtóműgyártók zámára. Vizont meg kell említeni, hogy termézeteen hátrányokkal i jár a megnövelt érték alkalmazáa, mert a nagyobb méretek miatt nehezebb hajtóművet kaunk, továbbá a nagyobb ventilátor teljeítményigényét a turbinának fedeznie kell. Ezért nem lehetett egy-két évtizeddel ezelőtt még ilyen hajtóművek zélekörű elterjedéét taaztalni, mert előzör a technológiának kellett elérnie azt a zintet, ahol a fentebb említett követelményeknek már eleget lehet tenni. Ettől függetlenül ki kell jelenteni, hogy bár a hajtómű fajlago tüzelőanyag-fogyaztáa jóval kedvezőbb lez elődjeinél a megnövelt kétáramúági fok hatáára, de a reülőgéel egybeéítve, rendzerként zemlélve egyégüket már nem ilyen egyértelmű a helyzet. A nagyobb felületek növelik a légellenállát, az emelkedő tömeg edig a reülémechanikai tulajdonágokra van káro hatáal. ehát jóval nagyobb ugrát kell elérni a fajlago fogyaztá cökkentéében, hogy a zükégkéen előálló káro tendenciák nagyágrendje ne legyen zámottevő. A CFM LEAP 1-1A RÖVID ISMEREÉSE A CFM International cég az amerikai General Electric é a francia SNECMA 2 (ma a Safran Grou tagja) közö vállalkozáaként jött létre még az 197-e években, amikor az elő, CFM56-2 tíumegjelöléű hajtóművet létrehozták. Ennek nem volt zámottevő ikere, cuán régebbi reülőgéek korzerűítéénél haználták a régi, ki kétáramúági fokú hajtóművek leceréléére [2]. Az átütő iker az 198-a években következett be, amikor a Boeing gyár a B77 új zériájának ezt az erőforrát válaztotta (ez volt a CFM56- változat, kié cökkentett méretekkel). Ez még a hagyományo hidromechaniku zabályozáal rendelkezett, némi elektroniku ráegítéel, de az elő telje hatákörű, digitáli zabályozára (FADEC ) még az 198-a évek végéig kellett várni, amikor az Airbu A2 tíucaládon bevezették a CFM56-5 orozatot. Egy további fejlezté az 199-e évek máodik felében jelent meg, CFM56-7B néven, a Boeing B77 Next Generation reülőgéek zámára. Az elmúlt két évtizedben a gyár nem kézített új változatot, má futó tíuok (l. GE9, GEnx, vagy a Pratt & Whitney-vel közöen fejleztett GP72) alaján technológia-tranzfert 1 LEAP: Leading Edge Aviation Proulion, fejlett reülőgé-hajtómű 2 SNECMA: Société nationale d'étude et de contruction de moteur d'aviation FADEC: Full Authority Digital Electronic Control, telje hatákörű digitáli elektroniku (hajtómű) zabályozá

3 valóítottak meg, azaz kiebb módoítáokat vezettek be a már gyártában lévő változatokon, hogy azok teljeítményét é gazdaágoágát fokozni leheen. Ahogy az új tíu elnevezée, a LEAP betűzó eredeti jelentée i ejteti, itt nagyobb ugrá várható a korábbi fejleztéekhez mérten, é emiatt zakítottak a korábbi tíumegjelöléel. Magának a gázturbinának a leíráa meghaladja e cikk kereteit, így a rövid bemutatát követően mot cak a termodinamikai zámítát rézletezzük. A CFM LEAP-1 hajtóműcalád három különböző változatban kézül, az A verziót az A2neo, a B variánt a Boeing B77MAX, végül edig a C változatot a kínai COMAC C919 reülőgéek meghajtáára zánják []. Ez a rövid leírá mot a LEAP-1A modifikációt mutatja be vázlatoan. Ahogy az fentebb már elhangzott, a tíu az ultranagy kétáramúági fokú hajtóművek jelenleg még nem túlzottan née caládjába tartozik, a maga α 11:1 értékével a korábbi tíuoknak közel kétzereét kévieli. A javuló roulzió hatáfok mellett fonto a termiku hatáfok javítáa i, emiatt a komrezor nyomávizonyát i növelték, ez ebben az eetben πk 4:1. Fonto megjegyezni, hogy a nagynyomáú komrezor tekintetében értek el igen jelentő előreléét, a régi CFM56 gázgenerátora ugyani 11:1 nyomávizonyt ért el kilenc fokozattal, mot 1 fokozat hoz létre 22:1 nyomávizonyt [4]. A kontrukció tekintetében megtartották a CFM56 caládnál jellemző két forgóréze kialakítát, ami a kinyomáú komrezort kedvezőtlenül érinti, hizen nagy az átmérőbeli különbég az együtt forgó ventilátor é az utána következő belő árambeli fokozatok között, ez utóbbiak (a buzter fokozatok) jóval kiebb kerületi ebeéggel mozognak, következékéen kiebb nyomávizonyt tudnak létrehozni. A fenti adatok tükrében könnyen kizámítható, hogy a ventilátor é a buzter fokozat alkotta kinyomáú komrezor mindöze 1,82:1 nyomávizonnyal rendelkezik. A ventilátorban komozit laátokat é házat alkalmaznak, amely jelentő tömegcökkenét eredményez a hagyományo féméítéű zerkezetekhez kéet [], bár így i közel 5 növekedé könyvelhető el a megnövekedett méretek miatt (a CFM ról [5] a LEAP-1A 8 -ra nőtt [6]). A nagynyomáú komrezorban előzeretettel alkalmazzák a laáto tárcákat (blik 4 ), ami tömegcökkentét eredményez, mert a laátnak nem kell a tárcában való rögzítéét megvalóítani, hizen egy anyagból kézülnek, ezáltal a laátgyök elhagyható, a kontrukció egyzerűödik. ermézeteen érülé eetén nem lehet egyedi laátokat cerélni, ezért kulcfontoágú, hogy zenynyeződé, zilárd tetek ne kerülheenek be a nagynyomáú komrezorba. Erről a módoított omázgátló zeleek gondokodnak, amelyek a LEAP hajtóműveken már befelé nyílnak, ezáltal jobban kiemelik az áramlából az oda nem illő zennyeződéeket. Nagy előreléét jelent az égétér, amely előkeverée kétkozorú kialakítáal rendelkezik, ezáltal zámottevő mértékben cökkenthető a károanyag-kibocátá, mert kizárólag zegény keverékkel történő égé zajlik [7]. Az elnyújtott, kettő égéi zóna, valamint a tüzelőanyag előkeverée jobb égéi hatáfokot, ezáltal tovább javuló tüzelőanyag-felhaználát eredményez [8]. 4 blik: bladed dik, laáto tárca

4 A turbinában alkalmazott háromdimenzió laátrofilok jobb hatáfokot biztoítanak, miközben az alkalmazott kerámia komozit mátrixok edig a turbina előtti hőméréklet növeléét eredményezik. Sajno a CFM International nem közölt efféle értékeket, így zámítáainkban má, najainkbeli fejlezté haonló adataira kell támazkodnunk. 2. ábra A CFM LEAP-1A főbb jellemzői ([9] nyomán) A CFM LEAP-1A KÖZELÍŐ ERMODINAMIKAI VIZSGÁLAA A termodinamikai vizgálatot a LabVIEW grafiku fejleztőkörnyezetben létrehozott zoftverrel végeztük el. Ebben zabványo egydimenzió egyzerűített kéleteket alkalmazunk, amelyek rézlete leíráa a következőkben olvahatóak. Mivel elemzéünkben tengerzinti tatiku állaotot vizgáltunk felzálló üzemmódon, ez jelentően egyzerűítette a zámítái algoritmut i, bár a rogram maga kée lenne ettől eltérő (l. utazó) körülmények figyelembe vételére i, egyelőre ilyen adatok még nem állnak rendelkezére, így eett a válaztá a felzálló tolóerő eetére.. ábra A LabVIEW zoftver fő kéernyője

5 ekintettel arra, hogy a cikk terjedelme nem tezi lehetővé a LabVIEW rogram rézlete imertetéét, itt cuán egy rövid vázlato bemutatára zorítkozunk. A zoftver rézben még fejlezté alatt áll, kéőbbiekben többfunkció kialakítában többféle gázturbina tíu zámítáára i kée lez, jelen állaotban az egy- é kétáramú ugárhajtóművek zámítáa megoldott. A kezdőkéernyőn egy laozható nézetet láthatunk, amint azt a. ábra. ábra illuztrálja. Ezek közül az elő laon található a lényegi beállítá, hogy milyen hajtóművet zeretnénk zámítani. Amint kiválaztottuk a kívánt tíut (az alaértelmezett beállítát a zabadon válaztható araméterek jelentik), a zámítá automatikuan megkezdődik, é a további fülekre kattintva az adott géegyég rézletei jeleníthetőek meg. A zívócatorna zámítáa A fentebb említett tengerzinti tatiku állaot azt jelenti, hogy a zívócatorna előtti tatiku é torlóonti állaotjelzők megegyeznek, é a Nemzetközi Egyezménye Légkör értékeivel zámolunk. 1,125bar 288 K (2) A zívócatornára legjellemzőbb mennyiég az öznyomá-vizanyeréi tényező, amely megmutatja, hogy a beléő torlóonti nyomának mekkora hányada haznoítható a kiléénél. Mivel a zívócatorna nagyon rövid (lád 4. ábra), kereztmetzete kellően nagy, ezáltal zámottevő tömegáram bevezetéét tezi lehetővé minimáli vezteégekkel, 99%-nyi értéket válaztottunk: z 1,99 1,99 1, bar () A ventilátor zámítáa 4. ábra A CFM LEAP-1A zívócatornája (a zerzők felvétele) A ventilátorról termodinamikai oldalról ajno emmilyen információ nem áll rendelkezére, nem közöltek még em nyomávizonyt, em edig hatáfokot. Ezért a következő feltételezéekkel kell élnünk:

6 a nyomávizony a korábbiakhoz kéet cökkenő tendenciát kell mutaon, bár a technológia egyre nagyobb kerületi ebeégeket é fokozati nyomávizonyokat tenne lehetővé (l. a Roll-Royce rent 7 hajtómű ventilátorának 1,8:1 nyomávizonya van egyetlen fokozatból), de a növekvő levegőátfutá nem tezi lehetővé, mert a turbinának egyzerűen nem lenne elégége rendelkezére álló teljeítménye. A válaztott becült nyomávizony πv 1,4:1, mert O a CFM56-5 ventilátorának kerületi ebeége a 68, hüvelyk átmérőből é 52 1/min fordulatzámából adódóan: u m ( 68, inch,254 ) 1 Dn 52 inch min 1 k 472, 6 6 min O Ezzel a kerületi ebeéggel az elért nyomávizony 1,55:1 [1]. O A CFM LEAP-1A maximálian megengedett kinyomáú forgóréz fordulatzáma 894 1/min, 78 hüvelyke ventilátor átmérő mellett: u m ( 78inch,254 ) 1 Dn 894 inch min 1 k 4, min O Ez közel 14,5%-o cökkenét jelent (az eredeti 85,5%-ára), de tudjuk, hogy a kialakuló nyománövekedé közelítőleg a kerületi ebeég négyzetével arányo, így arra a CFM56-5-éhez kéet 7%-nyi nyománövekedé várható: v, CFM 56 v, LEAP v, LEAP,65bar,55bar,7,415 1,4 (6) A ventilátor olitróiku hatáfokára 92%-ot válaztottunk, mert jóval korábbi dokumentumok [11] i említenek 92%-nyi olitróiku hatáfokot a ventilátorban. Ezáltal a ventilátor kiléő araméterei: 2 ' 1 v, LEAP m m (4) (5) 1, bar 1,4 1,44 (7) 1 1,4 1 ( ) K 288 K ( 1,4) 1,4, 92 19, K 2 ' 1 v, LEAP 7 (8) A LabVIEW rogram automatiku iterációt haznál az adiabatiku kitevő változáa miatt. A zámítáok zerint a ventilátorban bekövetkező hőméréklet-változá hatáára a κ 1,9997 értéket vez fel, ezért itt még a névlege 1,4-e értékkel zámoltunk. A komrezor zámítáa A komrezor zámítáa lényegében azono az előzőével, itt kiinduláként a telje űríté 4:1 nyomávizonyának é a ventilátor nyomávizonyának hányadoa marad fenn: telje, LEAP 4 k 28,6, LEAP 1,4 (9) v, LEAP Egy további fonto nyomávizony a nagynyomáú komrezoré, ebből edig megállaítható a kinyomáú komrezor buzter fokozatainak hatáa:

7 , k LEAP 28,6 buzter, LEAP 1, (1) NNyK, LEAP Bár három komrezor fokozatról van zó, a cekély nyomávizonyt mégi reálinak ítélhetjük, tekintettel a ki fordulatzámra, amellyel a kinyomáú komrezor forog, é a ki átmérőre a nagyméretű ventilátor mögött. Ezek alaján a kinyomáú komrezor kilééénél mérhető értékek: 2 '' 2' buzter, LEAP 82 1,44 bar 1,299 1, bar (11) 1 1,99 1 ( ) K 19,7 K ( 1,299 ) 1,99, 92 46, K 2 '' 2' buzter, LEAP 7 (12) Ebben a léében már cekély mértékben változó adiabatiku kitevőt taaztalhatunk. A nagynyomáú komrezor kilééénél már okkal nagyobb értékeket találunk: 2 2' ' NNyK, LEAP 12 1,82 bar 22 4, bar (1) 1 1,75 1 K ( ) 46,7 K ( 22) 1,75, 92 86, K 2 2'' NNyK, LEAP 7 (14) A komrezor kiléő hőfoka t2 59 C-ot jelent, de ez najainkban teljeéggel megzokott érték. Az égétér zámítáa Az égétérben zintén nehézégekbe ütközik a zámítá, hizen alavető információk híján cuán becléeket végezhetünk. Megfontoláaink a következőek voltak: a turbina előtti gázhőméréklet a korzerű reülőgé-hajtóművekben elérheti az 155 C-ot i [12], bár várhatóan ennél a tíunál NEL körülmények között ez még nem alakul ki, így a zámítáunkban valamelyet kiebb értéket tartottunk reálinak: 177 K t 15 C (15) Az égétér nyomávezteége a komrezor kiléő nyomáához kéet a reülőgéhajtóművekben 4 7% zokott lenni. Itt a vezteég aló határát feltételezve, az égétér öznyomá-vizanyeréi tényezője:,96 (16) é A névlege égéi hatáfokot a APS égétérben 99,5%-nak vettük, vagyi mindöze,5%-nyi elégetlen zénhidrogénnel zámolunk:,995 (17) é Ezek alaján meghatározható az égétérből kiléő nyomá, valamint a relatív tüzelőanyag-hányad (q). Ezekben a kerozinra jellemző fűtőérték 42 MJ/, az elméleti levegőmennyiég edig L 14,72 levegő / tüzelőanyag értékkel került figyelembe vételre. A közölt izobár fajhő értékeket a rogram határozta meg az adott hőméréklet-tartományokra, a mindenkor érvénye tüzelőanyag-mennyiég figyelembevételével. Mivel előre nem lehet tudni, hogy mekkora tüzelőanyag-betálálára van zükég, a nevezőben ezért válaztjuk zét a tizta levegő é a

8 ztöchiometriku keveréi arányhoz (γ 1) tartozó hőmennyiégeket, hizen abban biztoak lehetünk, hogy az égégáz ideáli vizonyok között éen annyi levegőt haznál fel, amennyit a tüzelőanyag kémiai özetétele megkíván. é 4,11bar,96 8, 52bar (18) 2 q m m tüa 2 42 H a é,995 c ( 1+ L ) 1,125 2, lev c, lev c, 1 + K ( 1+ 14,72) 177K 1,5 1,256 K L 2 c, lev K 86,7 K 177K + 14,721,125 K 177K,277 (19) Mivel a fajlago tüzelőanyag-hányad 2,77%-ot tez ki, a zokáo értéke edig 2 é % közé zokott eni, teljeéggel reálinak nevezhető a kaott eredmény. A turbina zámítáa A turbina zámítáát két rézletben végezzük el, hogy a hajtómű által a kinyomáú turbina belééénél mért gázhőméréklettel özehaonlítát teheünk. A turbinában, mivel a terjezkedé folyamata orán a vizonyok éen fordítottak a komrezoréhoz kéet, a olitróiku hatáfok alaconyabb értéket kéviel, é minél nagyobb a nyomávizony, annál cekélyebb lez. Mivel itt a megnövekedett ventilátor teljeítmény jelentőebb nyomávizonyt kíván, jelen zámítában 87,5%-o értékkel zámolunk, emellett a komrezorból özeen 1%-nyi levegőelvételt vezünk figyelembe, amelyből 7,5%-nyit haználhat a hajtómű belő hűtőlevegőként (tekintettel az alkalmazott új kerámia anyagokra, a zokáohoz kéet néhány zázalékonttal cökkentett adatokat vettünk): h,875;,1;,75 (2) Ahhoz, hogy a turbina energiamérlegét felírjuk, zükégünk van a komrezorok fajlago teljeítményzükégletére. Ebben meg kell különböztetnünk a belő áramot, illetve a ventilátort, mert ez utóbbinak jóval nagyobb a levegőátfutáa, aminek teljeítményigényét vizont a turbina kiebb tömegáramból kell fedezzen. K ( 2 2' ) 1,5 ( 86,7 K 19,7 K) 572, K 2, lev 2 ' w c 448 (21) A ventilátor fajlago teljeítményigényénél tehát figyelembe kell venni, hogy rajta a belő áramhoz kéet (1 + α)-zoro levegőmennyiég halad át, a fajlago munkát i ekkéen kell zámítani: V ' ( ) 2 1+ c, lev ( ) 2' ,5 ( 19,7 K 288 K) 82, K w 91 (22) 1 Jelen vizgálat zemontjából fonto a nagynyomáú komrezor munkája i, ami azonban a buzter fokozatok cekély nyomávizonya miatt nem okkal marad el a belő áram teljeítményigényétől: NNyK ( 2 2'' ) 1,55 ( 86,7 K 46,7 K) 545, K 2, lev 2 '' w c 299 (2)

9 Ebből fakadóan a telje turbinaegyég kilééénél mérhető araméterek a következőkéen határozhatóak meg. A (25)-ö kéletben a ζ a fajlago teljeítményelvételt jelenti a egédberendezéek zámára. Ennek értékét becülhetjük, a [6] alaján a maximáli generátor teljeítmény 129 kw, a hidraulika zivattyúnak edig a maximáli nyomatéka 14,7 m dan, miközben az áttétele a nagynyomáú forgórézhez kéet,211:1. Így a belőle zármazó teljeítményigény: w 1 hidr M hidr ,211 2 min hidr 147 Nm 54, kw (24) 6 A két reülőgé által igényelt egédberendezé meghajtáa tehát nem igényel több teljeítményt, mint 2 kw. Amennyiben a gázturbina olaj- é tüzelőanyag zivattyúinak teljeítményigényét zeretnénk meghatározni, tiiku nagyágrendjük 1 2 kw zokott lenni, tehát azt mondhatjuk, hogy ha ezen egédberendezéek együtte teljeítményigényét 5 kw-nak feltételezzük, az minden bizonnyal fedi a valóágot. A telje egédberendezé teljeítményigény nagyágrendje tehát közel 25 kw, a turbina teljeítménye előreláthatólag az 5 MW nagyágrendbe fog eni, így a egédberendezéek fajlago teljeítményfelvételét,5%-ban határoztuk meg. Egy további roblémát jelent a közee izobár fajhőnek a meghatározáa, azonban egy becült kezdő 4 kiléő hőfok felhaználáával iterációt hozhatunk létre, amelyet a LabVIEW rogram valóít meg. A (24) egyenletben látható értékek az iteráció végeredményeit mutatja be. 4 wv + w 954,89 K 177K 895 K ( 1,1)( 1+,277)( 1,5) 1,25 c K ( 1 )( 1+ q )( 1 ), gáz 4 (25) Ez a végérték a turbina kilééénél t4 622 C hőmérékletet jelent, amely teljeéggel megfelel a najainkban zokáo értékeknek. Ezt követi az a zámítá, amely a két turbina egyég közötti hőmérékletet határozza meg a nagynyomáú komrezor teljeítményigénye alaján: w 545,299 NNyK 4 ' 177K 1282 K ( 1,1)( 1+,277)( 1,5) 1,279 c K ( 1 )( 1+ q )( 1 ), gáz 4' (26) A nagynyomáú turbina kilééénél, ahol a CFM LEAP-1A hajtómű kiléő gázhőméréklet érzékelői találhatóak, az EASA tíualkalmaági bizonyítvány [6] adatai alaján a maximálian megengedett gázhőméréklet 16 C. Jelen zámítá által adott eredmény edig t4 19 C-ot jelent. Ez zintén megfelel az elváráoknak, hizen nem a maximálian megengedett környezeti hőmérékletnél végezzük a vizgálatainkat, hanem a NEL zerinti névlege értéken, ez értelemzerűen némi cökkenét eredményez. A turbinaegyégek kiléő nyomáait az alábbi egyenletekkel kahatjuk meg: g 1,299 ( g 1) 895 K,299, ,52bar 177 K 1,52bar (27) Ezzel a telje turbinaegyég nyomávizonya: 8,52bar 25,4 (28) 1,52bar 4

10 A nagynyomáú turbina kiléő nyomáát haonló elven az ott érvénye hőmérékletvizonyból é adiabatiku kitevőből határozhatjuk meg: g 1,291 ( g 1) 1282 K,291,875 4' 4 ' 8,52bar 177 K 8,46 bar (29) Így tehát a nagynyomáú, valamint a kinyomáú turbinák nyomávizonyai: Fúvócövek zámítáai 8,52bar 25,4 NNy 4,787 5,294 KNy () 8,46 bar 4,787 4' Mivel a hajtómű zétválaztott áramokkal rendelkezik, ezáltal két haonló jellegű zámítát kell elvégeznünk, amelyeket itt táblázato formában közlünk. A külő áram, valamint a turbina utáni diffúzor öznyomá-vizanyeréi tényezőjét vizonylag nagyra válaztottuk, tekintettel arra, hogy nincenek jelentő akadályok egyik áramlá útjában em, cak a belő felületek úrlódáából adódó vezteéget kell zámítába venni. A fúvócő hatáfokot zintén haonló megfontoláok alaján nagy értékeket határoztunk meg; mivel a fúvócő izentróiku hatáfoka a ebeégtényező négyzete, a válaztott értékek közel 1%-nyi ebeégvezteéget jelentenek. Mivel a kritiku nyomávizony az anyagjellemzőktől függően 1,85 1,89 tartományba zokott eni, megállaítható, hogy mindkét fúvócő meze a kritiku alatt, telje exanzióval dolgozik, é kizárólag konfúzoro geometria indokolt. Mivel a fúvócövek telje exanziót valóítanak meg, emiatt tolóerő caki a ebeégekből fakad. Jellemző Külő áram Belő áram Öznyomá-vizanyeréi tényező ' NNy 6,995 6, 995 II 2' UD Fúvócő hatáfok, 98, 98 Fúvócő beléő torlóonti nyomá Fúvócő rendelkezére álló nyomávizony, F 2 6 ' 2' 4, F1 6 4 II 1, 97bar UD 1, 512bar ' FRÁ ' 6 1,79 6 1, 492 FRÁ Kiléő ebeég Fajlago tolóerő c R 1, F 1 FRÁ c 25 m 8 ' Ftf, II c8' 215, 4 1+ m c 48, 6 m 8 1 Ftf, I c8, Ftf c8 ' + c8 249, m m A hajtómű kimenő jellemzői 2. táblázat A fúvócövek zámítáa

11 Mivel a maximálian előállítható tolóerőt a gyártó 5 fontban határozta meg, ez metriku mértékegyégekben N-nak felel meg. Ezt a zámítáokban 155,7 kn-nal közelítjük. Ebből rögtön meghatározható a beléő tömegáram, valamint a kétáramúági fok imeretében a belő é külő áramok i. m Ft F tf 1557 N 249,2 N m 624,7 m I II 1 1 m 624,7 52, m 624,7 572, (1) Imervén a hajtómű komrezorából kiléő tömegáramhoz vizonyított fajlago tüzelőanyaghányadot, ezen adatok imeretében kizámolható a fajlago fogyaztá, valamint a zükége tüzelőanyag tömegáram i: b fajl q F ( ) ( 1+ ) ( 1,1) 6 8,7 1 ( 1+ 11) N 1,277 N tf 249,2 (2) 6 m tüa b fajl Ft 8, N 1, 298 () N Ezzel a hajtómű termiku hatáfoka meghatározható az exanzió é komrezió teljeítmények különbégének, mint rendelkezére álló teljeítmény, valamint az égétérben egyégnyi idő alatt felzabaduló hőmennyiég, mint betálált energia hányadoaként: P ex 6 ( ) m c ( ) 6 ' + + m c ( ) 528 kw kW kw m cg ' l 1 6 g II l 8' (4) 6' 2 ( ) + m c ( ) kw kW kw Pkom m c ' 1 I l 2' 2 2' 8' (5) Pex Pkom 7129 kw kw 219 kw term 9,1% (6) H m 42 1, kW a tüa Ez az érték nem túlzottan nagy, de tekintettel arra, hogy dinamiku komrezió ninc a tatiku helyzet miatt, é ebből fakadóan a nyomávizony még nem túlzottan nagy, elfogadhatónak tűnik. ovábbá hozzá kell tenni, hogy az ideáli vizonyok között megimert egyenlet (7) a gázturbiná ugárhajtómű termiku hatáfokára cak állandó adiabatiku kitevő mellett é egyáramú hajtómű zámítáára alkalma. 1 1,4; K 4 1 term id 65,1% (7) term, id 1, K ÖSSZEGZÉS Mint minden zámítát, termézeteen valamilyen zinten ellenőrizni zükége. Jelen eetben ajno még hozú időt kell várni, hogy a gyártó rézleteebb adatokat i nyilvánoágra hozzon azokon túl, amelyek l. a tíualkalmaági bizonyítványban feltüntetére kerültek. Emiatt tehát imét rendelkezére álló adatokkal való özehaonlítát róbálunk végezni. Erre edig

12 legalkalmaabb a CFM56-5B, amely az A2ceo, vagyi claic engine otion, azaz régi hajtóműváltozata. Az eredményeink azt mutatják, hogy a tömegáramban közel 7%-o növekedé állt be, a CFM56-5B maximálian 49 / tömegáramot kée zállítani [1]. Mindeközben ha a felületek arányait vezük, akkor cuán %-ot tez ki a nagyobb zívócatorna többlet kereztmetzete, tehát valamelyet gyorabban kell a beáramlát megvalóítani. Legfontoabb, amit több forrá i megemlít [1], [14], hogy közel 15%-nyi fajlago fogyaztá cökkené várható az új hajtómű technológia révén. A rendelkezére álló adatok alaján a CFM56-5B fajlago fogyaztáa felzálló üzemmódon,4 lb/lbh. Ezt a nem metriku mértékegyégek miatt előzör konvertáljuk telje fogyaztára, amit a tolóerővel való bezorzáal tehetünk meg: lb lb tüa, CFM 56 bfajl, CFM 56 Ft, CFM 56,4 lb lbh h h m 1, 426 (8) Bár már rögtön látzik, hogy nagyobb a fogyaztá, azt i meg kell említeni, hogy ezt ráadául kicivel keveebb tolóerő létrehozáa mellett biztoítja a régebbi erőforrá, tehát a fajlago jellemzőkben bizonyoan további romlát fogunk taaztalni. Mivel lb N, így tehát a fajlago fogyaztáa a CFM56-5B-nek: b fajl mtüa, CFM 56 1,426 6, CFM 56 9,7111 (9) F N N t, CFM 56 Ezek alaján már megállaítható az eltéré a két különböző fejlettégű hajtómű között: b b fajl, LEAP fajl, CFM 56 8,7 1 9, , % b fajl 14% (4) Mivel a közelítő zámítáunkat olyan araméterek feltételezéével végeztük el, amelyek najaink korzerű hajtóműveire általánoágban jellemzőek. Így eredményként megkatuk azt a fajlago fogyaztában mutatkozó előnyt, amellyel már érdeme az új technológiát reülőgére éíteni. Mert bármennyire i tökéleteítik a gázturbinát, az mindenkéen a reülőgéel egybeéítve rendzerként kell működjön, tehát ha tömegében, méreteiben növekvő tendenciát mutat, akkor má előnyei ellenére a árkány-hajtómű együtte hátrányait i le kell küzdeni. Ekkora ugrára tehát mindenkéen éveket, évtizedeket kellett várni, amikor a gázturbina több rendzerében előálltak olyan fejleztéek (l. ventilátor, komrezor, új égétér, kerámia anyagok a turbinában tb.) amelyek együtteen emelték a technológiát arra a zintre, hogy ilyen nagy mértékű előreléé megtehető legyen.

13 FELHASZNÁL IRODALOM [1] Andrea Linke-Dieinger: Sytem of Commercial urbofan Engine. Sringer Verlag, Berlin-Heidelberg, 28. ISBN [2] CFM56: Engine of change. Flight International, May 19-25, [] CFM LEAP-1 broúra. e-dok. url: htt:// [4] Bill Brown: CFM echnology. e-dok. url: htt://atwonline.com/ite-file/atwonline.com/file/archive/atwonline.com/ite/file/mic/billbrown_preentation_6241.df [5] CFM56-5 EASA tíuengedély. e-dok. url: htt:// [6] LEAP-1A EASA tíuengedély. e-dok. url: htt:// [7] APS II Combutor Final Reort. FAA / GE, 21. e-dok. url: htt:// [8] Hukam Mongia é Willard Dodd: Low Emiion Proulion Engine Combutor echnology Evolution Pat, Preent and Future. ICAS 24 konferencia, e-dok. url: htt:// [9] GE analyi ot Farnborough. Leeham New and Comment. 214, e-dok. url: htt://leehamnew.com/214/7/28/ge-analyi-ot-farnborough/ [1] CFM56-5B Maintenance raining Manual, AEROK Kft., 216. [11] Phili Ruffle: he Rb.211 he firt 25 year. Roll-Royce, Derby, e-dok. url: htt://dace.rri.re.in/bittream/2289/54/1/1992_1%2st%2short%2brother%2commemorative%2lecture.df [12] Peter Sittle: Ga urbine echnology. Journal of Phyic Education, Vol. 8 (2), No. 6, e-dok. url: htt://tack.io.org/1-912/8/i6/a2 [1] Airbu A2 Neo v Boeing 77 MAX. Aviation Voice, , e-dok. url: htt://aviationvoice.com/airbu-a2-neo-v-boeing-77-max / [14] No lateau on 77NG: Boeing. Leeham New and Comment e-dok. url: htt://leehamnew.com/212/7/5/no-lateau-on-77ng-boeing/

14 APPROXIMAE HERMODYNAMIC ANALYSIS OF HE CFM LEAP-1A URBOFAN ENGINE U-to-date turbofan engine have increaing bya ratio and comreor reure ratio in order to achieve better fuel conumtion. hee arameter are reonible for increaing roulive and thermal efficiencie, reectively. While in the recent decade civil turbofan had reure ratio about 5:1 and bya ratio around 5 6:1, today thee value have ignificantly ried. One of the bet elling aenger aircraft i the ingle aile Airbu A2. It wa re-engined recently labelled a new engine otion abbreviated a neo, and it ha two advanced engine otion from Pratt & Whitney and CFM International. hi aer i intended to rovide and aroximate thermodynamic analyi of the latter, CFM LEAP-1A and it alo offer a comarion with the CFM56-5B. Keyword: ultrahigh bya ratio turbofan, ga turbine engine, CFM LEAP-1A, Airbu A2neo, thermodynamic analyi, LabVIEW Beneda Károly (PhD) mérnök-tanár AEROK Reüléműzaki Oktató é Szolgáltató kft. karoly.beneda@aerok.eu orcid.org/ Ladilav Főző (PhD) Egyetemi docen Kaai Műzaki Egyetem Reülő Kar Reülőmérnöki anzék ladilav.fozo@tuke.k orcid.org/ Károly Beneda (PhD) maintenance training engineer AEROK Aviation echnical raining Centre karoly.beneda@aerok.eu orcid.org/ Ladilav Főző (PhD) Aociate rofeor echnical Univerity of Košice Faculty of Aeronautic Deartment of Aviation Engineering ladilav.fozo@tuke.k orcid.org/ htt://