SZYMON FULARA

Badanie wpływu zmiennej geometrii turbiny na parametry robocze miniaturowego silnika turbinowego

Abstract:

Światowy ruch lotniczy podwaja się co 15 lat, również obecnie – do 2032 roku spodziewane jest podwojenie się liczby przewożonych pasażerów [1]. Naturalne dążenia linii lotniczych
oraz producentów lotniczych dotyczą wobec tego usprawnienia wszelkich istniejących rozwiązań
oraz rozwoju nowych o niższym śladzie środowiskowym. Jednym z głównych zagadnień konstrukcyjnych jest ograniczenie wielkości i ciężaru silników, a także podniesienie ich efektywności
w przeliczeniu na kilogram masy. W rozprawie autor przedstawia nową metodę zmniejszania emisji substancji szkodliwych oraz ograniczania zużycia paliwa przez miniaturowy silnik turboodrzutowy
za pomocą zmiennej geometrii turbiny oraz przedstawia łączące się z tym systemem zagadnienia eksploatacyjne i konstrukcyjne.          

            Przedstawiona koncepcja zmiennej geometrii turbiny opiera się na systemie kontroli kąta ustawienia kierownic turbiny. Wpływa on bezpośrednio na parametry robocze silnika, efektywnie zmieniając charakter jego pracy. Autor przedstawia analityczne, numeryczne oraz eksperymentalne wyniki badań zmienionej geometrii silnika oraz proponuje zastosowanie systemu zmiennej geometrii w celu zmniejszenia śladu ekologicznego produktu, jakim jest silnik turbinowy, w cyklu jego użytkowania. 

Przeprowadzone badania obejmują rozwój modelu analitycznego oraz numerycznego, a także testy eksperymentalne wieńców kierowniczych o zmienionych geometriach zainstalowanych na stanowisku badawczym oraz na stanowisku hamowni miniaturowej turbiny gazowej.

            Otrzymane wyniki potwierdzają możliwości ułatwienia rozruchu silnika poprzez otwarcie kierownic, zwiększenia ciągu silnika podczas pracy przy niskich prędkościach obrotowych i niskim obciążeniu – poprzez przymknięcie kierownic, zmniejszenia jednostkowego zużycia paliwa w trakcie całej misji oraz redukcji emisji substancji szkodliwych.

  Na końcu pracy zaproponowano konstrukcję systemu zmiennej geometrii oraz omówiono potencjalne nowe rozwiązania technologiczne pozwalające na usprawnienie systemu i kierunki dalszych badań.