Post on 03-Sep-2020
Corso di Motori Aeronautici
Mauro Valorani
Laurea Magistrale in Ingegneria Aeronautica (MAER)Sapienza, Universita di Roma
Anno Accademico 2011-12
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
Sett. 4: Turbo-Getto1 TURBOGETTO SEMPLICE
SCHEMA A BLOCCHI2 CICLO A PUNTO FISSO
COMPRESSORECOMBUSTOREFLUSSO ALLA RAYLEIGHRENDIMENTO PNEUMATICOTURBINAUGELLOPRESTAZIONIVALORI TIPICI DI RENDIMENTI E PROPRIETAPRESTAZIONI AL VARIARE DI !c, T4/Ta (1)PRESTAZIONI AL VARIARE DI !c, T4/Ta (2)
3 CICLO IN VOLOPRESA DINAMICA (o DIFFUSORE)PRESA DINAMICA (o DIFFUSORE)PRESTAZIONIIa IN FUNZIONE DI !c (PARAMETRI T4/Ta, M)TSFC IN FUNZIONE DI !c (PARAMETRI T4/Ta, M)CONSUMO SPECIFICO VS SPINTA SPECIFICASENSITIVITA’ DI TSFC e IaSENSITIVITA’ DI Ia"th IN FUNZIONE DI !c (PARAMETRI T4/Ta, M)"p IN FUNZIONE DI !c (PARAMETRI T4/Ta, M)"o IN FUNZIONE DI !c (PARAMETRI T4/Ta, M)
4 Ese. 5: Turbo-Getto5 TURBOFAN
SCHEMA DI TURBOFANDEFINIZIONE DELLE STAZIONIDEFINIZIONE DELLE STAZIONIBY–PASS RATIOPRESA D’ARIA, FANCOMPRESSORE, COMBUSTORETURBINE SEPARATE (1)TURBINE SEPARATE (2)TURBINA UNICA
6 TURBOFAN A FLUSSI SEPARATIUGELLIPRESTAZIONI
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
Lez. 7: Turbo-Getto
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
TURBOGETTO SEMPLICE
LAVORO UTILE CICLO DEL TURBO-GAS (CORE) FORNISCE:
COPPIA MECCANICA ALL’ALBERO ! LAVORO DI COMPRESSIONE!PRESSURIZZAZIONE ARIA FREDDA
GAS CALDI PER UGELLO PROPULSIVO: ! VARIAZIONE QDM FLUSSIIN/OUT ! SPINTA PROPULSIVA
ANALISI IN CONDIZIONI DI PROGETTO:
A PUNTO FISSO:V0 = 0 " DECOLLO ! OBIETTIVO: MASSIMA SPINTA
IN VOLOCROCIERA ! OBIETTIVO: MINIMO CONSUMO
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
SCHEMA A BLOCCHI
SCHEMA A BLOCCHI
DIFFUSORE (PRESA D’ARIA) (D), COMPRESSORE (C), CAMERA DICOMBUSTIONE (B), TURBINA (T), UGELLO (N)
C T
BD N1 2
3 4a 95=6=7
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
CICLO A PUNTO FISSO
HP:
COMPRESSIONE TUTTA NEL COMPRESSORE
h0 ! h ECCETTO NELL’UGELLO
UGELLO ADATTATO (p9 = pa)
mf " ma
cp, !, M COSTANTI
s
T
3’ 3 9
5≡7
a≡1≡2
4
9’
pa≡p9
p3
4’
5’
p4
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
COMPRESSORE
ANALISI A PUNTO FISSO: COMPRESSORE
EQ. ENERGIA (Q = 0, M " 1):
!h0 ! !h = Lc
PUNTO FISSO: a = 1 = 2
GRANDEZZE TOTALI ! GRANDEZZE STATICHE
"c := p3/p2 RAPPORTO DI COMPRESSIONE =# p3 = "c p2
#c := L!
c/Lc RENDIMENTO ADIABATICO
COMPRESSIONE IDEALE:
T !
3 = "(!"1)/!c T2 = $c T2 ; L!
c = cp T2 ($c $ 1)
COMPRESSIONE REALE:
T3 =
!
1 +$c $ 1
#c
"
T2 ; Lc = cp T2 ($c $ 1)/#c
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
COMBUSTORE
ANALISI A PUNTO FISSO: COMBUSTORE
EQ. ENERGIA (Ls = 0, M " 1): !h0 ! !h = !Q
#b := Q/(mf Qf ) RENDIMENTO DI COMBUSTIONE
T4: TEMPERATURA ALL’INGRESSO DELLA TURBINA (TIT)
#pb := p4/p3 RENDIMENTO PNEUMATICO DEL COMBUSTORE
f := mf/ma RAPPORTO COMBUSTIBILE/ARIA, O DI DILUIZIONE
mah3 + mfhf + Q = (ma + mf )h4
f " 1 " mah3 + Q = mah4 " macp(T4 $ T3) = Q
Q = #b mf Qf
f =cp (T4 $ T3)
#b Qf=
cpT3
#b Qf
!
T4
T3$ 1
"
p4 = #pb p3
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
FLUSSO ALLA RAYLEIGH
FLUSSO ALLA RAYLEIGH
Variazione di T0 e variazione di Mach in CC
!
T0
T!0
"
cal
[M, !] =2M2
#
1 + "M2$
(! + 1)#
1 + !M2$2
!
T04
T03
"
cal
[M3,M4, !] =
%
T0T#
0
&
cal[M4, !]
%
T0T#
0
&
cal[M3, !]
=
#
1 + "M24
$ #
M4 +M23M4!
$2
#
1 + "M23
$ #
M3 +M3M24!
$2
Variazione di p0 e variazione di Mach in CC
!
p0p!0
"
cal
[M, !] =2#
1 + "M2$
$$!1 (! + 1)
11!$
1 + !M2
!
p04p03
"
cal
[M3,M4, !] =
%
p0p#0
&
cal[M4, !]
%
p0p#0
&
cal[M3, !]
=
!
1 + "M23
1 + "M24
"
$$!1 1 + !M2
4
1 + !M23
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
RENDIMENTO PNEUMATICO
RENDIMENTO PNEUMATICO
Numero di Mach in uscita M4 della CC per assegnati Mach in ingresso M3 erapporto T04/T03
Solve
'
T04
T03==
#
2 +M24 (! # 1)
$ #
M4 +M23M4!
$2
#
2 +M23(! # 1)
$ #
M3 +M3M24 !
$2 ,M4
(
Portata di combustibile
f =cp (T4 # T3)
#b Qf
$cpT03
#b Qf
!
T04
T03# 1
"
Perdite di pressione p0 in funzione della variazione di Mach tra ingresso eduscita della camera
#pb :=
!
p04p03
"
cal
[M3,M4, !] =
!
1 + "M23
1 + "M24
"
$$!1 1 + !M2
4
1 + !M23
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
TURBINA
ANALISI A PUNTO FISSO: TURBINA
EQ. ENERGIA (Q = 0, M % 1): !h0 ! !h = $Lt
BILANCIO DELLE POTENZE SULL’ASSE :
$Lt = Lc " (ma + mf )Lt = ma Lc
RENDIMENTI MECCANICI DI COMP. E TURBINA: #mc, #mt
$#mtLt = #mt(ma + mf )(h4 $ h5) =Lc
#mc=
ma(h3 $ h2)
#mc
#mt#mc(1 + f)(h4 $ h5) = h3 $ h2
TEMPERATURA ALLO SCARICO DELLA TURBINA (TET)
T5 = T4 $T3 $ T2
#mt#mc(1 + f)! T4 $
T3 $ T2
#mt#mc
PRESSIONE ALLO SCARICO DELLA TURBINA
#t =Lt
L!
t
=cp(T4 $ T5)
cp(T4 $ T5!)& T5! = T4 $
T4 $ T5
#t&
p4
p5=
p4
p5!
=
!
T4
T5!
"!
!"1
" p5 = p4
!
1$1 $ T5/T4
#t
"!
!"1
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
UGELLO
ANALISI A PUNTO FISSO: UGELLO
EQ. ENERGIA (Ls = Q = 0): !h0 = 0 , ma: !h = h9 $ h5 %= 0
h05 = h5 +u2
5
2 ! h5, h09 = h9 +u2
9
2 =" u9(= ue)
RENDIMENTO ADIABATICO DELL’UGELLO:
#n := h5"h9
h5"h9!
= T5"T9
T5"T9!
, T9! = T5
%
p9
p5
&!"1
!
VELOCITA’ ALLO SCARICO DELL’UGELLO:
ue = u9 !)
2 cp (T5 $ T9) =)
2 #n cp (T5 $ T !
9) =
=
*
+
+
+
,2 #n cp T5
-
.1 $!
p9
p5
"!"1
!
/
0
UGELLO ADATTATO: p9 = pa
1
T9 = T5 $ #n#
T5 $ T9!
$
2
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
PRESTAZIONI
ANALISI A PUNTO FISSOPRESTAZIONI
SPINTA (UGELLO ADATTATO, V0 = 0):F = (ma + mf )ue ! ma ue
RENDIMENTO TERMODINAMICO (V0 = 0):
#th =Pj
Pav! ma u2
e/2mf Qf
=u2
e2 f Qf
SPINTA SPECIFICA (f " 1): Ia = Fma
! ue
CONSUMO SPECIFICO DI SPINTA (f " 1):
TSFC =mf
F = f maF ! f
ue
RENDIMENTI PROPULSIVO, GLOBALE (V0= 0): #p = #o = 0
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
VALORI TIPICI DI RENDIMENTI E PROPRIETA
VALORI TIPICI DI RENDIMENTI E PROPRIETA
Componente Rendimento Rendimento Rendimento RendimentoAdiabatico Meccanico Combustione Pneumatico
Presa d’aria !d =0.97 # # #
Compressore !ac =0.88 !mc =0.98 # #
Combustore # # !b =0.99 !pb =0.94Turbina !at =0.90 !mt =0.98 # #
Ugello !n =0.98 # # #
Componente " cp Qf
J/(kg K) MJ/kgPresa d’aria 1.40 1004.5 #
Compressore 1.40 1004.5 #
Combustore 1.34 1130.2 43Turbina 1.34 1130.2 #
Ugello 1.34 1130.2 #
ASSUMEREMO COMUNQUE ! e cp COSTANTI[!=1.4, cp = 1004.5 J/(kg K)]
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
PRESTAZIONI AL VARIARE DI !c, T4/Ta (1)
ANALISI A PUNTO FISSOPRESTAZIONI AL VARIARE DI !c, T4/Ta
FAMIGLIA DI MOTORI OPERANTI AL PUNTO DI PROGETTO
βc
η th P j/m
a(J
/kg)
TSFC
(kg/
h/N
)
I a(m
/s)
10 20 30 40 500
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0
100000
200000
0
0.1
0.2
0
200
400
600
800
TSFC
Ia
Pj/ma
ηth
Figure: Prestazioni a punto fisso al variaredi !c; T4 e rendimenti assegnati.
βc
η th
10 20 30 400
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
T4/Ta
Figure: Rendimento termodinamico apunto fisso al variare di !c e T4/Ta; "ac,"b, "pb, "at, "mc, "mt assegnati.
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
PRESTAZIONI AL VARIARE DI !c, T4/Ta (2)
ANALISI A PUNTO FISSOPRESTAZIONI AL VARIARE DI !c, T4/Ta
βc
I a(m
/s)
10 20 300
200
400
600 T4/Ta
Figure: TSFC a punto fisso al variare di !c
e T4/Ta; "ac, "b, "pb, "at, "mc, "mt
assegnati.
βc
TSFC
(kg/
h/N)
10 20 300
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
T4/Ta
Figure: Spinta specifica a punto fisso alvariare di !c e T4/Ta; "ac, "b, "pb, "at,"mc, "mt assegnati.
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
CICLO IN VOLO
UNICA DIFFERENZA: COMPRESSIONE NELLA PRESA DINAMICA
a≡1
0a
3
4’ 4
5’5≡7
99’
3’
2V2
2cp
ue2
2cp
2’
T
s
Figure: Rappresentazione del ciclo di turbogetto semplice in volo nel piano T # s.
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
PRESA DINAMICA (o DIFFUSORE)
ANALISI IN VOLO: PRESA DINAMICA (o DIFFUSORE)
COMPRES. ESTERNA (a–1) ED INTERNA (1–2)
EQ. ENERGIA: !h0 = 0 MA !h = h2 $ h1 %= 0
p0 DIMIN. (ATTRITO); p AUMEN., u DIMIN.
1) RAPPORTO P0 %d, 2) REND. ADIAB. #ad
a≡1
0a2
V2
2cp
2’
pa
p2≡p02
p0aT
s
T02’≡T2’T0a≡T02
Ta
T2 $ T02 = T0a = Ta
#
1 + "M20
$
T2 dipende da M0(quota e velocita divolo) e Ta(quota)p2 $ p02 dipende dal rendimento dellapresa dinamica
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
PRESA DINAMICA (o DIFFUSORE)
ANALISI IN VOLO: PRESA DINAMICA (o DIFFUSORE)
1) %d =p02
p0a" p2 ! p02 = %d p0a
2) #ad =T2!$Ta
T2$Ta=
Ta (T2!/Ta$1)
Ta (T2/Ta$1)!
(p2/pa)!"1
! $1
T02/Ta $ 1!
(p2/pa)!"1
! $1
&M20
=#
p2 ! pa#
1 + #ad &M20
$
!!"1
1
&M20
-
.
!
p02
p0a·p0a
pa
"!"1
!
$1
/
0 =1
&M20
'
%!"1
!
d
#
1 + &M2$ $ 1
(
&
%d[#ad,M0,!] !
'
#
1 + #ad &M20
$
#
1 + &M20
$
(!
!"1
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
PRESTAZIONI
ANALISI IN VOLO: PRESTAZIONI
SPINTA (UGELLO ADATTATO, f " 1):
F = ma[(1 + f)ue $ V0] ! ma (ue $ V0)
RENDIMENTO TERMODINAMICO (f " 1):
#th =Pj
Pav! ma (u2
e/2"V 20
/2)mf Qf
=u2e $ V 2
0
2f Qf
RENDIMENTO PROPULSIVO (f " 1):
#p =Pp
Pj! 2 '/(1 + ')
RENDIMENTO GLOBALE (f " 1):
#o =Pp
Pav= #th #p ! (ue "V0)V0
f Qf
SPINTA SPECIFICA (f " 1):
Ia = Fma
= (1 + f)ue $ V0 ! ue $ V0
CONSUMO SPECIFICO DI SPINTA (f " 1):
TSFC =mf
F = f maF = f
(1+ f)ue"V0!
f
ue $ V0
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
Ia IN FUNZIONE DI !c (PARAMETRI T4/Ta, M)
ANALISI IN VOLOIa IN FUNZIONE DI !c (PARAMETRI T4/Ta, M)
Elevato Ia realizza un motore piu piccolo a parita di spinta
βc
I a(m
/s)
10 20 300
200
400
600
T4/Ta
Ia aumenta significativamenteall’aumentare di T4/Ta
Esiste un rapporto di compressione chemassimizza Ia (tale valore ottimalecresce all’aumentare di T4/Ta)
βcI a
(m/s
)10 20 300
200
400
600
M
Ia diminuisce all’aumentare del Mach divoloEsiste un rapporto di compressione chemassimizza Ia (tale valore ottimaledecresce all’aumentare del Mach di volo)
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
TSFC IN FUNZIONE DI !c (PARAMETRI T4/Ta, M)
ANALISI IN VOLOTSFC IN FUNZIONE DI !c (PARAMETRI T4/Ta, M)
βc
TSFC
(kg/
h/N)
10 20 300
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
T4/Ta
TSFC diminuisce all’aumentare diT4/Ta
Esiste un rapporto di compressione cheminimizza TSFC (tale valore ottimalecresce all’aumentare di T4/Ta)
βc
TSFC
(kg/
h/N)
10 20 300
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
M
TSFC aumenta all’aumentare del Machdi voloEsiste un rapporto di compressione cheminimizza TSFC (tale valore ottimaledecresce all’aumentare del Mach di volo)
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
CONSUMO SPECIFICO VS SPINTA SPECIFICA
CONSUMO SPECIFICO e SPINTA SPECIFICA
1200
1200
12001200
1200
1400
1400
14001400
1400
1600
1600
16001600
1600
1800
1800
180018001800
5
5
5
5
10
10
10
10
15
15
15
15
20
20
20
20
25
25
25
25
0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.900.10
0.11
0.12
0.13
0.14
0.15
0.16
Fs
TSFC
Figure: Mach = 0.80 ; quota = 10Km; Tmax varia tra 1200K e 1800K; !c varia tra 5 e25
per un prefissato valore del rapporto di compressione $c, un aumento diTmax comporta un aumento di TSFC (comportamento opposto a quelloregistrato in un turbo-gas)
l’aumento di Ia con Tmax, per un prefissato valore del rapporto dicompressione $c, e pero tale da giustificare la penalita in consumo specifico
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
SENSITIVITA’ DI TSFC e Ia
SENSITIVITA’ DI TSFC e Ia
Mach = 0.80 ; quota = 10Km; Tmax varia tra 1200K e 1800K; $c varia tra 10 e 30
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
99
99
9
99
99
9
99
99
9
99
999
99999
10
1010
10101010
15
15
1515
1515 15
20
20
2020
202020
25
25
25
2525
2525
30
30
30
3030
3030
!0.50 !0.45 !0.40 !0.35 !0.30 !0.25 !0.200.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
sensi Fs Tmax
sensiFsrc
Figure: SENSITIVITA’ DI Ia RISPETTOA Tmax E !c
9
99
9
99
9
99 9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
10
1010
10101010
15
1515
15151515
20
20
2020202020
25
25
2525252525
30
30
3030303030
0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22
!0.01
0.00
0.01
0.02
0.03
sensi TSFC T max
sensiTSFCPratio
Figure: SENSITIVITA’ DI TSFCRISPETTO A Tmax E !c
Ia aumenta all’aumentare del rapporto di temperatura % (i.e. con la Tmax )
Ia ha un massimo per uno specifico rapporto di compressione $c
TSFC aumenta al diminuire del rapporto di compressione $c
TSFC aumenta all’aumentare del rapporto di temperatura % (i.e. con laTmax )
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
SENSITIVITA’ DI Ia
SENSITIVITA’ DI Ia
0.10.1
0.10.1
0.1
0.3
0.30.3
0.30.3
0.5
0.5
0.50.5
0.5
0.7
0.7
0.7
0.7
0.7
10001000
1000
1000
30003000
3000
3000
50005000
5000
5000
70007000
7000
7000
90009000
9000
9000
0.9 1.0 1.1 1.2
!0.02
0.00
0.02
0.04
sensi Fs Mach
sensiFsHeight
Figure: SENSITIVITA’ DI Ia RISPETTO A QUOTA E MACH DI VOLO; Tmax =1400 K; !c=10; Mach = 0.1-0.8 ; quota = 1-10 Km
Ia diminuisce e TSFC aumenta con il Mach di volo (per quota (ovvero Ta) e$c assegnati):
Aumenta la resistenza aerodinamica della presa d’aria (inlet mom drag)Aumenta il lavoro di compressione!c che massimizza Ia diminuisce per un aumento del Mach di volo percheparte della compressione e relaizzata nella presa d’aria
Ia aumenta e TSFC diminuisce con un aumento di quota, poiche Ta
diminuisce e quindi diminuisce il lavoro di compressione (Lc ' cpT2...)
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
"th IN FUNZIONE DI !c (PARAMETRI T4/Ta, M)
ANALISI IN VOLO"th IN FUNZIONE DI !c (PARAMETRI T4/Ta, M)
FAMIGLIA DI MOTORI OPERANTI AL PUNTO DI PROGETTO
βc
η th
10 20 30
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
T4/Ta
βc
η th
10 20 300
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
M
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
"p IN FUNZIONE DI !c (PARAMETRI T4/Ta, M)
ANALISI IN VOLO"p IN FUNZIONE DI !c (PARAMETRI T4/Ta, M)
βc
η p
10 20 300
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
T4/Ta
βcη p
10 20 300
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1 M
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
"o IN FUNZIONE DI !c (PARAMETRI T4/Ta, M)
ANALISI IN VOLO"o IN FUNZIONE DI !c (PARAMETRI T4/Ta, M)
βc
η o
10 20 300
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
T4/Ta
βcη o
10 20 300
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
M
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
Ese. 5: Turbo-Getto
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
Lez. 8: Turbo-Fan
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
TURBOFAN(TURBOREATTORE A DOPPIO FLUSSO)
MOTIVAZIONI ALL’IMPIEGO DEL TURBOFAN
#p =1
1 + F2 ma V0
=1
1 + 12
IaV0
& per un’assegnata V0 : #p ' se Ia (
Ia ( se Tmax (& aumenta dimensione e massa del motore per una spinta assegnata
Ia ( se ma ' & diverso layout del motore: turbofan
F/mV0
η p
0 2 4 6 8 100.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
.
Figure: Andamento del redimento propulsivo in funzione della spinta specifica Ia.
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
SCHEMA DI TURBOFAN
SCHEMA DI TURBOFAN
POTENZA DA UNA SECONDA TURBINA, CHE AZIONA UN FAN(OPERANTE SU PORTATA PRIMARIA E SECONDARIA)
PORTATA SECONDARIA ESPANSA IN UN UGELLO
TUTTAVIA:
PESO MAGGIORE (PER MAGGIORE ma)
RENDIMENTO TERMODINAMICO PIU BASSO
T TC
B3 4
Da
N
F1
2
13 1917
21
N
5 7
9
41
Figure: Schema a blocchi del turbofan aflussi separati.
Figure: Layout di turbofan a flussi separati.
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
DEFINIZIONE DELLE STAZIONI
DEFINIZIONE DELLE STAZIONI: SINGLE SPOOL ENGINE
0 ambient1 aircraft-engine interface2 first compressor inlet21 inner stream fan exit13 outer stream fan exit16 bypass exit161 cold side mixer inlet163 cold side mixing plane18 bypass nozzle throat24 intermediate compressor exit25 high-pressure compressor inlet3 last compressor exit, cold side heat exchanger inlet31 burner inlet35 cold side heat exchanger exit4 burner exit41 first turbine stator exit rotor inlet
Standard published by the Society of Automotive Engineers SAE as ARP 755C.
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
DEFINIZIONE DELLE STAZIONI
DEFINIZIONE DELLE STAZIONI: TWO & THREE SPOOLSENGINES
two spool engines:43 high-pressure turbine exit before addition of cooling air44 high-pressure turbine exit after addition of cooling air45 low-pressure turbine inlet49 low-pressure turbine exit before addition of cooling air
three spool engines:42 high-pressure turbine exit before addition of cooling air43 high-pressure turbine exit after addition of cooling air44 intermediate turbine inlet45 intermediate turbine stator exit46 intermediate turbine exit before addition of cooling air47 intermediate turbine exit after addition of cooling air48 low-pressure turbine inlet49 low-pressure turbine exit before addition of cooling air5 low-pressure turbine exit after addition of cooling air6 jet pipe inlet, reheat entry for turbojet,
hot side heat exchanger inlet61 hot side mixer inlet63 hot side mixing plane64 mixed flow, reheat entry7 reheat exit, hot side heat exchanger exit8 nozzle throat9 nozzle exit (convergent-divergent nozzle only)
Standard published by the Society of Automotive Engineers SAE as ARP 755C.
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
BY–PASS RATIO
TURBOFANDEFINIZIONE DI BY–PASS RATIO
−
−
−−−−
u92
⎯2 cp
V02
⎯2 cp
u192
⎯2 cp
s [J/(kg K)]
T(K)
2400 2600 2800 3000 3200 34000
200
400
600
800
1000
1200
1400
a
3’3
4’ 4
41’41
5’5
9’ 9
Figure: Flusso primario in un turbofan aflussi separati (BPR = 4)
−
−
−
−
s [J/(kg K)]
T(K)
2500 2520 2540 2560 2580200
220
240
260
280
300
a
2’0a
2
21 ≡1321’≡13’
19’ 19
V02
⎯2 cp
u192
⎯2 cp
Figure: Flusso secondario in un turbofan aflussi separati (BPR = 4)
DEFINIZIONE DI BY-PASS RATIO: BPR :=ma2
ma1
ma1 PORTATA PRIMARIA ELABORATA DAL ”CORE ENGINE”
ma2 PORTATA SECONDARIA ELABORATA DAL SOLO FAN
ma1 + ma2 PORTATA CATTURATA DALLA PRESA DINAMICA
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
PRESA D’ARIA, FAN
TURBOFANPRESA D’ARIA, FAN
PRESA D’ARIA: VALE LA STESSA ANALISI FATTA PER ILTURBOGETTO
FAN: RENDIMENTO ADIABATICO E RAPPORTO DI COMPRESSIONE
#f :=L!
f
Lf=
T21! $ T2
T21 $ T2, "f :=
p21
p2=
!
T21!
T2
"!
!"1
PRESSIONE E TEMPERATURA ALL’USCITA DEL FAN:
p21 = p13 = p2 "f
T21 = T13 = T2
3
4
51 +
"!"1
!
f $ 1
#f
6
7
8= T2
!
1 +$f $ 1
#f
"
POTENZA ALL’ALBERO ASSORBITA (NB: FAN ELABORA L’INTERAPORTATA CATTURATA)
Lf
#mf= (ma1 + ma2)
Lf
#mf= ma1 (1 +BPR)
cp (T21 $ T2)
#mf
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
COMPRESSORE, COMBUSTORE
TURBOFANCOMPRESSORE, COMBUSTORE
OPERANO SULLA SOLA PORTATA PRIMARIA
COMPRESSORE: RENDIMENTO ADIABATICO E RAPPORTO DICOMPRESSIONE
#c :=L!
c
Lc=
T3! $ T21
T3 $ T21, "c :=
p3
p21=
!
T3!
T21
"!
!"1
PRESSIONE E TEMPERATURA ALL’USCITA DEL COMPRESSORE:
p3 = p21 "c
T3 = T21
3
4
51 +
"!"1
!c $ 1
#c
6
7
8= T21
!
1 +$c $ 1
#c
"
POTENZA ALL’ALBERO ASSORBITA
Lc
#mc= ma1
Lc
#mc= ma1
cp (T3 $ T21)
#mc
RAPPORTO DI COMPRESSIONE COMPLESSIVO (OPR) = "d "f "c
COMBUSTORE = STESSA ANALISI TURBOGETTO (f = mf/ma,1)
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
TURBINE SEPARATE (1)
TURBOFANTURBINE: CASO DI TURBINE SEPARATE (1)
TURBINE SEPARATE PER COMPRESSORE E FAN:
TURBINA DEL COMPRESSORE ($#mt,1 Lt,1 = Lc/#mc):
#mt,1#
ma1 + mf$
cp (T4 $ T41) = ma1cp (T3 $ T21)
#mc"
T 41 ! T4 $1
#mc #mt,1(T3 $ T21)
T4 $ T41 = #t,1 (T4 $ T !
41) = #t,1 T4
-
.1 $!
p41
p4
"!"1
!
/
0 "
p41 = p4
!
1 $1 $ T41/T4
#t,1
"!
!"1
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
TURBINE SEPARATE (2)
TURBOFANTURBINE: CASO DI TURBINE SEPARATE (2)
TURBINE SEPARATE PER COMPRESSORE E FAN:
TURBINA DEL FAN ($#mt,2 Lt,2 = Lf/#mf ):
#mt,2#
ma1 + mf$
cp (T41$T5) = (ma1 + ma2)cp (T13$T2)
#mf"
T 5 ! T41 $1 + BPR
#mf #mt,2(T13 $ T2)
T41 $ T5 = #t,2 (T41 $ T !
5) = #t,2 T41
-
.1 $!
p5
p41
"!"1
!
/
0 "
p5 = p41
!
1 $1 $ T5/T41
#t,2
"!
!"1
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
TURBINA UNICA
TURBOFANTURBINA: CASO DI TURBINA UNICA
TURBINA UNICA PER COMPRESSORE E FAN:
$#mt Lt = Lf/#mf + Lc/#mc
#mt#
ma1 + mf$
cp (T4 $ T5) =
= (ma1 + ma2)cp (T13 $ T2)
#mf+ma1
cp (T3 $ T21)
#mc"
T 5 = T4 $1
#mt
1
(1 + BPR)T13 $ T2
#mf+
T3 $ T21
#mc
2
T4 $ T5 = #t (T4 $ T !
5) = #t T4
-
.1 $!
p5
p4
"!"1
!
/
0 "
p5 = p4
!
1 $1 $ T5/T4
#t
"!
!"1
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
UGELLI
TURBOFAN A FLUSSI SEPARATIUGELLI
FLUSSI SEPARATI:
UG. PRIMARIO (ADATTATO, p9 = pa; 7 $ 5)
u9 =
!
"
"
"
#2 cp T7 !n,1
$
%1 !
&
p9
p7
'!"1
!
(
)
T9 = T7 ! !n,1
*
T7 ! T9!
+
= T7
,
-
.
1 ! !n,1
$
%1!
&
p9
p7
'!"1
!
(
)
/
0
1
UG. SECOND. (ADATTATO, p19 = pa; 17 $ 13)
u19 =
!
"
"
"
# cp T17 !n,2
$
%1 !
&
p19
p17
'!"1
!
(
)
T19 = T17 ! !n,2
*
T17 ! T19
!
+
= T17
,
-
.
1 ! !n,2
$
%1 !
&
p19
p17
'!"1
!
(
)
/
0
1
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
PRESTAZIONI
TURBOFAN A FLUSSI SEPARATIPRESTAZIONI
F = F1+F2 = ma19
(1+f)u9$V0:
+(p9$pa)A9+ma2#
u19$V0$
+(p19$pa)A19
PER UGELLI ADATTATI" F = ma1
;9
(1 + f)u9 $ V0:
+BPR#
u19 $ V0$<
=
>
>
>
>
>
>
>
>
>
>
>
>
>
>
>
>
>
>
?
>
>
>
>
>
>
>
>
>
>
>
>
>
>
>
>
>
>
@
#th =
9
(1+f)u29"V 2
0
:
+BPR#
u219
"V 20
$
2fQf!
#
u29"V 2
0
$
+BPR#
u219
"V 20
$
2fQf
#p =2V0
;9
(1+f)u9"V0
:
+BPR#
u19"V0
$<
9
(1+f)u29"(1"f)V 2
0
:
+BPR#
u219
"V 20
$ !2V0
;9
u9"V0
:
+BPR#
u19"V0
$<
9
u29"V 2
0
:
+BPR#
u219
"V 20
$
#o =V0
;9
(1+f)u9"V0
:
+BPR#
u19"V0
$<
fQf!
V0
;9
u9"V0
:
+BPR#
u19"V0
$<
fQf
Ia =
9
(1+f)u9"V0
:
+BPR#
u19"V0
$
1+BPR !9
u9"V0
:
+BPR#
u19"V0
$
1+BPR
3
4
4
4
5
riferita
alla
portata
complessiva
6
7
7
7
8
TSFC = f9
(1+f)u9"V0
:
+BPR#
u19"V0
$ ! f9
u9"V0
:
+BPR#
u19"V0
$
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
CONFRONTO TURBOGETTO/TURBOFAN
TURBOFAN A FLUSSI SEPARATICONFRONTO TURBOGETTO/TURBOFAN
Confronto rendimento propulsivo
#p,TJ =2V0
u9 +V0=
2&
1 + && :=
V0
u9< 1 per avere #p,TJ > 0
#p,TF =2V0(BPR(u19 #V0) + u9 #V0)
BPR#
u192 #V02$
+ u92 #V02 =
2&(BPR(& # µ) + & # 1)
BPR (&2 # µ2) + &2 # 1µ :=
u19u9
#p,TF $ #p,TJ + 2µ& (1# µ) BPR +O#
BPR2$+O#
&2$
Confronto spinta specifica
Ia,TJ = u9 #V0
Ia,TF =BPR(u19 #V0) + u9 #V0
BPR+ 1
Ia,TF $ Ia,TJ # BPRu9 (1# µ) +O#
BPR2$
Se 0 < µ < 1 (i.e.: u19 < u9), allora #p,TF > #p,TJ e Ia,TF < Ia,TJ
#p,TF ' e Ia,TF ( per BPR ' : COME DESIDERATO
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
PRESTAZIONI A PUNTO FISSO
TURBOFAN A FLUSSI SEPARATIPRESTAZIONI A PUNTO FISSO
ηth
TSFC
Ia
BPR
η
TSFC
(kg/h/N)
I a(m/s)
0 1 2 3 4 5 60.0
0.2
0.4
0.6
0.8
0.00
0.04
0.08
0
200
400
600
Figure: Rendimento termico, TSFC, espinta specifica in funzione del BPR per unturbofan a flussi separati con !f = 1.5;!c = 20; Ta = 290 K; T4 = 1400 K;M = 0.0.
BPR
TSFC
/TSFC0
u 9/u
19
0 5 100
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
βf=1.2βf=1.3βf=1.5βf=1.7βf=2.0βf=2.5βf=3.0
βf
u9/u19
TSFC
Figure: TSFC, e rapporto u9/u19 al variaredi !f e del BPR per un turbofan a flussiseparati con !c = 20; Ta = 290 K;T4 = 1400 K; M = 0.0.
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
PRESTAZIONI IN VOLO
TURBOFAN A FLUSSI SEPARATIPRESTAZIONI IN VOLO
ηth
ηo
ηpTSFC
Ia
BPR
η
TSFC
(kg/h/N)
I a(m/s)
0 1 2 3 4 5 6 70.0
0.2
0.4
0.6
0.8
0.00
0.04
0.08
0
200
400
600
Figure: Prestazioni di un turbofan a flussi separati al variare di BPR con !f = 1.5;!c = 20; Ta = 250 K; T4 = 1400 K; M = 0.8.
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
TURBOFAN A FLUSSI ASSOCIATIPRESTAZIONI IN VOLO
C T
B3 4
Da F1
2
13
21
T N 9
6=7541 M
Figure: Rappresentazione schematica e sezione di un turbofan a flussi associati.
COMPORTA MASSA E RESISTENZA AERODINAMICA AGGIUNTIVE
#f E BPR NON SONO INDIPENDENTI (DATI #c, T4, RENDIMENTI)
VINCOLO: p13 = p5
USCITA MISCELATORE (M): p6 = p5 = p13
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
VINCOLO TRA BetaFan e BPR (1)
TURBOFAN A FLUSSI ASSOCIATIVINCOLO TRA "f E BPR (1) (TURBINA UNICA)
(1 + f)#mt Lt = (1 + BPR)Lf
#mf+
Lc
#mc
Lt = cp T4 #t
'
1 $!
p5
p4
"(!"1)/!(
Lf = cp T2
"(!"1)/!f $ 1
#f! cp Ta (1 + &M2
0 )"(!"1)/!f $ 1
#f
Lc = cp T21"
!"1
!c $ 1
#c! cp Ta (1 + &M2
0 )
3
4
51 +
"!"1
!
f $ 1
#f
6
7
8
"!"1
!c $ 1
#c
$ = T4/Ta
p4 = #pb p3 = #pb "c "f %d (1 + &M20 )
!!"1 pa
p5 = p13 = "f %d (1 + &M20 )
!!"1 pa
" p5/p4 = 1/(#pb "c)
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
VINCOLO TRA BetaFan e BPR (2)
TURBOFAN A FLUSSI ASSOCIATIVINCOLO TRA "f E BPR (2) (TURBINA UNICA)
(1+f)#mt #t $
'
1 $!
1
#pb "c
"(!"1)/!(
=
(1 + &M20 )
-
A
.(1 + BPR)
"(!"1)/!f $ 1
#f #mf+
3
4
51 +
"!"1
!
f $ 1
#f
6
7
8
"!"1
!c $ 1
#c #mc
/
B
0
"f E BPR NON SONO INDIPENDENTI
BILANCIO ENTALPICO DEL MISCELATORE:
(ma1 + mf )h5 + ma2 h13 = (ma1 + ma2 + mf )h6
h6 =(1 + f)h5 + BPR h13
1 + f + BPR" T6 !
T5 + BPR T13
1 + BPR
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
UGELLO (1)
TURBOFAN A FLUSSI ASSOCIATIUGELLO
a≡2
3
4’ 4
5’5
99’
3’
6≡7ue
2
2cp21’≡1321≡13
ma2
ma1
ma1+ma2
T
s
Figure: Evoluzione dei flussi primario e secondario in un turbofan a flussi associati apunto fisso.
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
UGELLO (2)
TURBOFAN A FLUSSI ASSOCIATIUGELLO
76
13
13eu9513
13 19
199
uuu
19919
5
Figure: Confronto turbofan a flussi associati e separati a parita di condizioni in 5 e 13.
u9 =
C
2cpT6#n
1
1 $ (p9/p6)!"1
!
2
F = ma19#
1 + f +BPR$
u9 $#
1 +BPR$
V0:
+#
p9 $ pa$
Ae
F ! ma1#
1 +BPR$#
u9 $ V0$
T9 = T7 $ #n#
T7 $ T9!
$
= T7
D
1 $ #n
1
1 $ (p9/p7)!"1
!
2E
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
CONFRONTO SPINTA TF A FLUSSI SEPARATI vs ASSOCIATI
CONFRONTO TRA I DUE TIPI DI TF(A PARITA’ DI BPR e "f , PUNTO FISSO, f " 1)
Fass
Fsep!
(1 + BPR)u9,ass
u9,sep + BPRu19,sep=
(1 + BPR))
T6)T5 + BPR
)T13
T6 !T5 + BPRT13
1 + BPR
Fass
Fsep!
F
(1 + BPR)(T5 + BPR T13))T5 + BPR
)T13
Fass > Fsep QUANDO:
T5+BPRT5+BPRT13+BPR2T13 > T5+2BPRF
T5T13+BPR2T13
T5 + T13 $ 2F
T5T13 > 0
#
F
T5 $F
T13$2
> 0 SEMPRE VERIFICATO
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
PRESTAZIONI
PRESTAZIONI
TSFC ! f/[#
1 +BPR$#
u9 $ V0$
]
BPR
β f
TSFC/TSFC0
0 10 20 301.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
0.00
0.50
1.00
1.50
M
M
Figure: TSFC di un turbofan a flussiassociati rispetto al turbogetto, e !f infunzione di BPR e per diverse condizioni divolo.
#d = 0.92, #f = 0.85
#c = 0.85, #b = 0.99
#pb = 0.98, #t = 0.90
#n = 0.98, pa = 28700Pa
$c = 25
Ta = 227K
T4 = 1450K
Qf = 45MJ/kg
ugello adattato
TSFC0=TSFC(BPR=0)
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
VANTAGGI E SVANTAGGI
VANTAGGI E SVANTAGGI
Vantaggi:Aumento rendimento propulsivo:Riduzione consumo specifico a punto fisso e in crocieraAumento autonomiaMaggiore spinta al decolloMinore rumore (" u8
e)
Svantaggi:Maggiore peso (dimensioni, ventola, turbina o stadi di turbina aggiuntivi,albero secondario o monoalbero piu pesante)Maggiore ingombro (sezione trasversale ! posizionamento/carrello, resistenzaaerodinamica)Maggiore costo (a parita di portata primaria)
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
OTTIMIZZAZIONE DEL TURBOFAN
Parametri di progetto (4): OPR (Overall Pressure Ratio), TIT, BPR, e FPR.Per fissati OPR, BPR, e TIT vediamo cosa accade al graduale aumento di FPR:
per un fissato valore TIT e fissata, e fissata l’energia disponibile in turbina;per bassi FPR, la spinta del lato Fan e bassa ed il lavoro estratto dallatrubina peri lfa sara basso; quindi il flusso caldo attraverso la turbina perderapoca energia e si otterra un elevata spinta dal coreper valori intermedi di FPR, la spinta del fan aumentera e quella del corediminuira; il consumo specifico tendera a diminuire;per valori alti di FPR, la spinta del fan aumentera ancora rispetto a quella delcore; il consumo specifico tendera a risalire;
la condizione di FPR ottimo dipende dal valore prescelto di TIT (dell’energiadisponibile); l’FPR ottimo aumenta con l’aumento di TIT.
si puo ripetere il calcolo per diversi valori del BPR
CONCLUSIONI
Un aumento di BPR diminuisce il consumo specifico (TSFC) a prezzo di unariduzione importante di spinta specifica (Ia);
Il rapporto di compressione del fan ottimale (FPR=$f ) aumenta con latemperatura di ingresso turbina (TIT=Tmax);
Il rapporto di compressione del fan ottimale decresce con l’aumento di BPR
Un consumo specifico (TSFC) ottimale richede una bassa spinta specifica
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
SCELTA DEL TIPO DI TURBOFAN
HIGH-BPR TURBOFAN: per veicoli commerciali (volo subsonico):Si priviliegia il conseguimento di bassi consumi (tempi di missione lunghi) equindi si utilizzano elevati BPR (High-BPR TF Engine).Vengono considerati sia flussi separati sia flussi associati, con una preferenzaper i primi, piu leggeri, soprattutto in considerazione dellinteresse per valoridi BPR molto elevati (che comportano anche bassi f ).Nel caso di BPR non molto elevati sono preferiti i turbofan a flussi associati,vantaggiosi in termini di consumo e rumorosita.
LOW-BPR TURBOFAN: per veicoli militari (da caccia, volo supersonico):Si cerca di realizzare spinte elevate e la possibilita di e!ettuare lapost-combustione (tempi di missione brevi), quindi si adottano flussi associaticon bassi BPR (laumento di peso e in tal caso contenuto rispetto al caso diflussi separati), e quindi elevati rapporti di compressione del fan.
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
LAYOUT DI TURBOFAN A FLUSSI SEPARATI
TURBOGETTO SEMPLICE CICLO A PUNTO FISSO CICLO IN VOLO Ese. 5: Turbo-Getto TURBOFAN TURBOF
LAYOUT DI TURBOFAN A FLUSSI SEPARATI
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Ese. 6: Turbo-Fan