Sistema Splitter y adaptación a los VCE
David Torres Ocaña E.U.I.T.A. Octubre 2010
Conceptos básicos
• VCE
• Splitter
• BPR
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
2. Historia y motivación
• ¿Por qué un motor de ciclo variable?
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
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
2.3. Motivación
• Propósito de los VCE• Motivación del sistema Splitter
Una variable mas->Rediseño en vuelo
Ausencia deun sistema de derivacióneficiente
BPR
ΠHPC
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
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.
4.3. Mejores soluciones
4.3. Mejores soluciones
4.3. Mejores soluciones
5. Definición del sistema Splitter
• Criterios de definición:Eficiencia aerodinámica y mínima perdida
de carga Simplicidad del sistemaMínimo pesoDimensiones reducidasGran aplicabilidad y versatilidadGran rango de actuación (BPR)Rapidez de actuación
5.1. Principios básicos
• Derivación por cambio de relación de áreas
• Sistema de control de gastos
• Comunicación entre sistema derivador y sistema de control.
5.2. Definición conceptual
• Situación del sistema Splitter
• Descripción básica
5.2. Definición conceptual
• Situación en motor real
5.2. Definición conceptual
• Cambio en la relación de áreas de entrada
5.2. Definición conceptual
• Lóbulos Principales
5.2. Definición conceptual
• Lóbulos Principales
5.2. Definición conceptual
• Cubiertas
5.2. Definición conceptual
• Cubiertas
5.2. Definición conceptual
• Sistema unión Lobulos-CurbiertasTratamiento antifricción a ambos
elementos
Raíl guía articulado
Raíl guía semirrígido
Cable estabilizador
5.2. Definición conceptual
• Varillas actuadoras
5.2. Definición conceptual
• Semicírculos guía
5.2. Definición conceptual
• ActuadoresServoactuadores
eléctricos disponibles en el mercado
• Unión con carcasa principal
6. Diseño del sistema
• Estudio paramétricoParámetros fundamentales
Sistema de ecuaciones->Variables de diseño
Gráficos de influencia
6.1.4. Gráficos de influencia
• Influencia en cuerda
6.1.4. Gráficos de influencia
• Influencia en radio labio de corte
6.1.4. Gráficos de influencia
• Influencia en relación de longitudes
6.1.4. Gráficos de influencia
• Influencia en relación de radios
6.2. Elección parámetros de diseño
• CriteriosMinimización de la cuerda y del peso
Relaciones de radio y longitud aceptables
Minimización de fuerzas aerodinámicas
Minimización de esfuerzos por deformación
• Deformación del sistemaDeformación de lóbulos y cubiertas
Punto neutro de diseño
6.2. Elección parámetros de diseño
• Fuerzas aerodinámicasCalculo inexacto de fuerzas y momentos
en etapa 18 de misión
Sobredimensionado de los cálculos
Orden de magnitud:
• Restricciones de longitud y radioRestricción de longitud: del orden del 1%Restricción de radio: aceptable para el
diseño del proyecto
7. Aplicación del sistema
• Aplicación a los VCESistema constructivo, NO aplicaciónMedidas constructivas adicionales:
Sistema controlador de flujo: VABI o Tobera/sTurbomaquinaria de geometría variable
• Aplicación a conceptos definidosSingle and Double Bypass simplification, Rear
VABIVTFConceptos novedosos: 4 posible conceptos
novedosos
8. Adaptación a un VCE
• Aplicación del sistema a un VCE diseñado como motor del F-35A
• Concepto de VCE usadoF135 100 como base para optimización
según BPR variableIncorporación de Splitter: DerivaciónSistema de control de gastos: VABIReparto de la expansión: Turbinas de
geometría variable
8.1.3. Reparto de la expansión
8. Adaptación a un VCE
• Diseño de la aplicación Splitter• Parámetros de radios obtenidos del diseño
del motor de base y del F135 100
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
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
9. Viabilidad de un VCE
• Misión estándar
9. Viabilidad de un VCE
• Elección de ciclo termodinámico: Leg 13
9. Viabilidad de un VCE
• Consumo de combustible. Misión estándar
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
9.3. Optimización de un turbofán según BPR variable. VCE
• Metodología y soluciones técnicasPautas seguidas en la optimización
Rel. Compresión LPC constante y variación en el core
Variación del BPR y variables secundariasMetodología: Variación de la relación de
gastos y cambio en la compresión en HPCReparto de la expansión en las turbinas y
cambio de la relación de gastos
9.3. Optimización de un turbofán según BPR variable. VCE
• OptimizacionesElección de parámetros para proceso de
optimizaciónOptimización
según BPR variable
Nuevo diseñoen etapa y nuevos parámetros
9.3. Optimización de un turbofán según BPR variable. VCE
• ResultadosConsumo de combustible
9.4. Comparación motor normal y VCE
• Comparación de TSFC
9.4. Comparación motor normal y VCE
• Comparación de consumos
• Incremento de la carga de pago en un 29% o unos 790Kg
9.6. Viabilidad. Resultados finales
• Atractivo ingenieril
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
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
Sistema Splitter y adaptación a los VCE
Presentación Proyecto Fin de Carrera
E.U.I.T. Aeronáutica
David Torres Ocaña
Aeromotores Octubre 2010
Ruegos y preguntas
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