Repülőgép gázturbinák. Mert repülni márpedig kell! Dr. Ailer Piroska március 22.

Átírás

1 Repülőgép gázturbinák Mert repülni márpedig kell! Dr. Ailer Piroska március 22.

2 "Ha hajót akarsz építeni, ne azért hívd össze az embereket, hogy fát vágjanak, szerszámokat készítsenek, hanem ültesd el bennük a távoli végtelen iránti vágyakozást." (Antoine de Saint-Exupéry) 2

3 Történeti áttekintés Arcképcsarnok Ókor legendái Leonardo da Vinci Montgolfier fivérek Euler Navier és Stokes Zsukovszkij Lilienthal és kísérletei 3

4 Történeti áttekintés Első motoros repülés Wilbur Wright Orville Wright december 17, Wright testvérek 4

5 Történeti áttekintés Gázturbina szabadalma 1930, Anglia, Frank Whittle ( ) szabadalom: gázturbinás repülőgép sugárhajtómű 5

6 Történeti áttekintés Első gázturbinás repülés augusztus 27. Heinkel He 178 az első repülőgép, amely gázturbinás sugárhajtóművel szállt fel. Hajtóműve a He S-3 Hans von Ohain 1936-os szabadalma alapján készült. 6

7 Történeti áttekintés Katonai alkalmazások május 15. a brit Gloster Meteor első felszállása 1944: a német Messerschmitt ME 262 7

8 Történeti áttekintés Jendrassik György A CS 1 légcsavaros gázturbina Jendrassik György (Budapest, május 13. London, február 8.): a dízelmotorok és gázturbinák fejlesztése terén ért el kimagasló eredményeket, 86 szabadalma van. 1940: 100 kw teljesítményű CS-1 légcsavaros gázturbina A CS 1 a Budapesti Műszaki Múzeumban 8

9 A gázturbina működése 9

10 A gázturbina működése 10

11 Gázturbinák és dugattyús motorok összehasonlítása a. A gázturbina áramlástechnikai gép, a dugattyús motor térfogat kiszorítású gép. L val b. Légviszony (λ): L elm c. T 3 (maximális hőmérséklet): d. k (nyomásviszony): e. Fajlagos teljesítmény: Gázturbina: 2,5 3,5 Dugattyús motor: 0,9 1,4 (1,1 8) Gázturbina: C Dugattyús motor: C Gázturbina: 5 40 Dugattyús motor: Gázturbina: kw/(kg/s) Dugattyús motor: kw/(kg/s) f. Átáramló levegő mennyisége: Gázturbina: kg/s Dugattyús motor: < 1 kg/s g. Fajlagos fogyasztás (hatásfok): Gázturbina: kedvezőtlenebb Dugattyús motor: kedvezőbb 11

12 Gázturbinák előnyei a dugattyús motorokkal összevetve nagy teljesítmény-tömeg arány (20 LE/kg) a dugattyús motorokhoz képest (1-2 LE/kg) a kis tömeg és a kompakt méretek megkönnyítik a telepítést és a beépítést kevésbé érzékeny a túlterhelésre a kisebb méret és homlokfelület (kisebb ellenálláserő) az egyirányú (forgó) mozgás miatt kisebb a rezgés, kisebbek a rezgésből származó szerkezeti zajok, jobb a komfortérzet kevesebb mozgó alkatrészt tartalmaz, mint a dugattyús motor (kb. ötöde) az egységnyi hasznos teljesítményre vonatkozó karbantartási költsége harmada, fele a dugattyús motorokénak nagy a megbízhatósága (> 99,5%) és a rendelkezésre állósága (97,5%) kevésbé érzékeny a tüzelőanyag tulajdonságainak megváltozására (gázolaj, benzin, kerozin, stb.) léghűtésűek, nincs szükség folyadékhűtésre és rendszereire 12

13 Gázturbinák hátrányai a dugattyús motorokkal összevetve költségesebb beruházás (pl MW teljesítmény-tartományban kb %-kal költségesebb, mint egy hasonló teljesítményű dízelmotor) rosszabb a hatásfoka (a gázturbina a MW teljesítmény tartományban kb. 20 %- kal több tüzelőanyagot fogyaszt, mint a hasonló teljesítményű dízelmotor) részterheléses üzemben tovább romlik a hatásfok az alacsonyabb hatásfok magasabb fajlagos tüzelőanyag-fogyasztást eredményez hosszabb az indítási folyamata kevésbé rugalmas a teljesítményigény változására 13

14 Gázturbinás hajtóművek Model no. F100-PW- 229 F110-GEl00 TF30-P- 111 TF34-GE- 100 Thrust [N] TSFC [g/s/kn] Airflow [kg/s] OPR D [mm] L [mm] Weight [kg] TIT [C] FPR BR Remark 112,49 23, ,8 0,4 F-15, F16 115,21 30, ,98 0,80 F ,94 21, ,43 0,73 F-111F ,5 151,05 20, ,5 6,42 A-10 Model no. and Manufacturer CF6-80-C2 General Electric JT9D-59A Pratt & Whitney CFM56-3 CFM International Olympus 593 Rolls Royce / SNECMA Thrust [N] BR Take-off OPR Airflow [kg/sec] Alt [km] Mach Cruise Thrust [N] TSFC [g/s/kn] Aircraft application ,31 27, ,5 0, , , -300, -200ER ,90 24, ,5 0, ,3 DC1O-40, A300B, ,00 22, ,5 0, ,9 737-( ) , ,9 2, ,7 Concorde 14

15 Centrifugál kompresszorok Alkalmazási terület: kisebb nyomásviszony és tömegáram, robusztus szerkezet, egyszerű tervezhetőség és gyárthatóság. 15

16 Axiál kompresszorok kialakítása Alkalmazási terület: nagy nyomásviszony és tömegáram, bonyolultabb szerkezet, instabilitás érzékenység. 16

17 Axiál kompresszorok karakterisztikája 17

18 Égésterek működése 18

19 Égésterek kialakítása Csöves égéstér Gyűrűs égéstér 19

20 Axiális turbinák kialakítása 20

21 Axiális turbinák lapáthűtés 21

22 Utánégetőterek 22

23 Fúvócsövek 23

24 Gázturbina változatok Sugárhajtóművek Egyforgórészes axiálkompresszoros sugárhajtómű: Kétforgórészes kis kétáramúsági fokú axiálkompresszoros sugárhajtómű: Kétáramúsági fok: m m külső belső 24

25 Gázturbina változatok Sugárhajtóművek Kétforgórészes kis kétáramúsági fokú axiálkompresszoros sugárhajtómű: 25

26 Gázturbina változatok Légcsavaros gázturbinák Egyoldali beömlésű kétfokozatú centrifugálkompresszoros légcsavaros gázturbina: Kétforgórészes axiálkompresszoros légcsavaros gázturbina: 26

27 Gázturbina változatok Légcsavaros gázturbinák Kétforgórészes axiálkompresszoros szabadturbinás légcsavaros gázturbina: Propfan légcsavaros gázturbina: 27

28 Gázturbina változatok Propulziós hatásfok propulziós hatásfok [%] légcsavar dugyattyús motorral légcsavaros gázturbinás sugárhajtómű nagy kétáramúsági fokú (5) gázturbinás sugárhajtómű egyáramú sugárhajtómű repülési Mach szám [-] Propulziós hatásfok összehasonlítása a Mach szám függvényében különböző hajtómű-konfigurációk esetén 11 km magasan 28

29 Gázturbina változatok Tüzelőanyag-fogyasztás 29

30 Fuel consumption Gázturbina változatok Tüzelőanyag-fogyasztás FUEL CONSUMPTION TREND JT8D JT9D PW4052 PW4084 Future Turbofan Year 30

31 Gázturbina változatok Turbina belépő hőmérséklet 31

32 Gázturbina változatok Fogyasztás, hőmérséklet 32

33 A jövő Belső veszteségek csökkentése: áramlási veszteségek csökkentése a kompresszorban és a turbinában: résméretek csökkentése, tömítettség biztosítása égéstér optimalizálása: magasabb égési hatásfok, kisebb fojtás, emisszió csökkentése Tolóerő / teljesítmény növelése a turbina belépő hőmérséklet növelésével: turbina lapátanyagok fejlesztése és turbina hűtési rendszer fejlesztése Kisebb hatótávolságra turbólégcsavaros hajtóművek alkalmazása: magasabb hatásfok, kisebb tüzelőanyag-fogyasztás (4 liter / 100 km / fő) Alternatív tüzelőanyagok: térfogatra és tömegre viszonyított magas fűtőérték, széles működési hőmérséklet-tartomány (-60-70ºC ) A gázturbina helyett repülési célokra alternatív működési mód egyelőre nem létezik! 33

34 És ahogyan mi látjuk őket 34

35 Köszönöm a figyelmet! 35