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Sistema Splitter y adaptación a
          los VCE
                  David Torres Ocaña
                 E.U.I.T.A. Octubre...
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...
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 a...
2.2. Historia de los derivadores

• Variación del BPR mediante distintos
  sistemas de regulación de flujo
• VABI, Annular...
2.3. Motivación

• Propósito de los VCE
• Motivación del sistema Splitter
  Una variable mas->Rediseño en vuelo
         ...
3. Objetivos

• Idea original->Rediseño en vuelo
• Concepto
  explorado por
  los VCE
• Solución a la
  variación del
  BP...
4. Definición y conceptos de VCE

• Desarrollo de los VCE y su tecnología
  desde los 70
• Investigación de organizaciones...
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
  ...
5.1. Principios básicos


• Derivación por cambio de relación de
  áreas

• Sistema de control de gastos

• Comunicación e...
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-Curbiertas
  Tratamiento antifricción a ambos
   elementos
  Raíl gu...
5.2. Definición conceptual

• Varillas actuadoras
5.2. Definición conceptual

• Semicírculos guía
5.2. Definición conceptual


• Actuadores
  Servoactuadores
   eléctricos
   disponibles en
   el mercado



• Unión con ...
6. Diseño del sistema

• Estudio paramétrico
  Parámetros fundamentales




  Sistema de ecuaciones->Variables de
   dis...
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
• Criterios
  Minimización de la cuerda y del peso
  Relaciones de radio y longitud a...
6.2. Elección parámetros de
diseño
• Fuerzas aerodinámicas
  Calculo inexacto de fuerzas y momentos
   en etapa 18 de mis...
7. Aplicación del sistema

• Aplicación a los VCE
  Sistema constructivo, NO aplicación
  Medidas constructivas adiciona...
8. Adaptación a un VCE

• Aplicación del sistema a un VCE
  diseñado como motor del F-35A
• Concepto de VCE usado
  F135 ...
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 ...
9. Viabilidad de un VCE

9.1. Objetivos y procedimiento

• Comparación de motor tipo de F35A
  con su optimización
• Diseñ...
9. Viabilidad de un VCE

9.2. Diseño de motor tipo de un F-35A
• Remotorización de
  la nave
• Misión estándar
• Elección ...
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 anter...
9.3. Optimización de un turbofán
según BPR variable. VCE
• Metodología y soluciones técnicas
  Pautas seguidas en la opti...
9.3. Optimización de un turbofán
según BPR variable. VCE
• Optimizaciones
  Elección de parámetros para proceso de
   opt...
9.3. Optimización de un turbofán
según BPR variable. VCE
• Resultados
  Consumo 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...
9.6. Viabilidad. Resultados finales

• Atractivo ingenieril
9.6. Viabilidad. Resultados finales

• Atractivo económico
  Impacto económico de la reducción de consumo

  Comparación...
10. Conclusiones

• Solución al problema de la variación
  del BPR de algunos VCE
• Involucración de muchos aéreas de
  co...
Sistema Splitter y adaptación a
          los VCE

Presentación Proyecto Fin de Carrera

        E.U.I.T. Aeronáutica

   ...
Ruegos y preguntas
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Sistema Splitter y adaptación a los VCE

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The final proyect presents an innovative technical solution in the field of aerospace propulsion and a research of the improvements in this field in recent years.

The project is called "Splitter System and adaptation to the VCE" and focuses on a improve of the engines used in military aviation and civil aviation, that could change the way to concieve the jet engines.

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Sistema Splitter y adaptación a los VCE

  1. 1. Sistema Splitter y adaptación a los VCE David Torres Ocaña E.U.I.T.A. Octubre 2010
  2. 2. Conceptos básicos • VCE • Splitter • BPR
  3. 3. 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
  4. 4. 2. Historia y motivación • ¿Por qué un motor de ciclo variable?
  5. 5. 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
  6. 6. 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
  7. 7. 2.3. Motivación • Propósito de los VCE • Motivación del sistema Splitter Una variable mas->Rediseño en vuelo BPR ΠHPC Ausencia de un sistema de derivación eficiente
  8. 8. 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
  9. 9. 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.
  10. 10. 4.3. Mejores soluciones
  11. 11. 4.3. Mejores soluciones
  12. 12. 4.3. Mejores soluciones
  13. 13. 5. Definición del sistema Splitter • Criterios de definición: Eficiencia aerodinámica y mínima perdida de carga Simplicidad del sistema Mínimo peso Dimensiones reducidas Gran aplicabilidad y versatilidad Gran rango de actuación (BPR) Rapidez de actuación
  14. 14. 5.1. Principios básicos • Derivación por cambio de relación de áreas • Sistema de control de gastos • Comunicación entre sistema derivador y sistema de control.
  15. 15. 5.2. Definición conceptual • Situación del sistema Splitter • Descripción básica
  16. 16. 5.2. Definición conceptual • Situación en motor real
  17. 17. 5.2. Definición conceptual • Cambio en la relación de áreas de entrada
  18. 18. 5.2. Definición conceptual • Lóbulos Principales
  19. 19. 5.2. Definición conceptual • Lóbulos Principales
  20. 20. 5.2. Definición conceptual • Cubiertas
  21. 21. 5.2. Definición conceptual • Cubiertas
  22. 22. 5.2. Definición conceptual • Sistema unión Lobulos-Curbiertas Tratamiento antifricción a ambos elementos Raíl guía articulado Raíl guía semirrígido Cable estabilizador
  23. 23. 5.2. Definición conceptual • Varillas actuadoras
  24. 24. 5.2. Definición conceptual • Semicírculos guía
  25. 25. 5.2. Definición conceptual • Actuadores Servoactuadores eléctricos disponibles en el mercado • Unión con carcasa principal
  26. 26. 6. Diseño del sistema • Estudio paramétrico Parámetros fundamentales Sistema de ecuaciones->Variables de diseño Gráficos de influencia
  27. 27. 6.1.4. Gráficos de influencia • Influencia en cuerda
  28. 28. 6.1.4. Gráficos de influencia • Influencia en radio labio de corte
  29. 29. 6.1.4. Gráficos de influencia • Influencia en relación de longitudes
  30. 30. 6.1.4. Gráficos de influencia • Influencia en relación de radios
  31. 31. 6.2. Elección parámetros de diseño • Criterios Minimización de la cuerda y del peso Relaciones de radio y longitud aceptables Minimización de fuerzas aerodinámicas Minimización de esfuerzos por deformación • Deformación del sistema Deformación de lóbulos y cubiertas Punto neutro de diseño
  32. 32. 6.2. Elección parámetros de diseño • Fuerzas aerodinámicas Calculo inexacto de fuerzas y momentos en etapa 18 de misión Sobredimensionado de los cálculos Orden de magnitud: • Restricciones de longitud y radio Restricción de longitud: del orden del 1% Restricción de radio: aceptable para el diseño del proyecto
  33. 33. 7. Aplicación del sistema • Aplicación a los VCE Sistema constructivo, NO aplicación Medidas constructivas adicionales:  Sistema controlador de flujo: VABI o Tobera/s Turbomaquinaria de geometría variable • Aplicación a conceptos definidos Single and Double Bypass simplification, Rear VABI VTF Conceptos novedosos: 4 posible conceptos novedosos
  34. 34. 8. Adaptación a un VCE • Aplicación del sistema a un VCE diseñado como motor del F-35A • Concepto de VCE usado F135 100 como base para optimización según BPR variable Incorporación de Splitter: Derivación Sistema de control de gastos: VABI Reparto de la expansión: Turbinas de geometría variable
  35. 35. 8.1.3. Reparto de la expansión
  36. 36. 8. Adaptación a un VCE • Diseño de la aplicación Splitter • Parámetros de radios obtenidos del diseño del motor de base y del F135 100
  37. 37. 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
  38. 38. 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
  39. 39. 9. Viabilidad de un VCE • Misión estándar
  40. 40. 9. Viabilidad de un VCE • Elección de ciclo termodinámico: Leg 13
  41. 41. 9. Viabilidad de un VCE • Consumo de combustible. Misión estándar
  42. 42. 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
  43. 43. 9.3. Optimización de un turbofán según BPR variable. VCE • Metodología y soluciones técnicas Pautas seguidas en la optimización Rel. Compresión LPC constante y variación en el core Variación del BPR y variables secundarias Metodología: Variación de la relación de gastos y cambio en la compresión en HPC Reparto de la expansión en las turbinas y cambio de la relación de gastos
  44. 44. 9.3. Optimización de un turbofán según BPR variable. VCE • Optimizaciones Elección de parámetros para proceso de optimización Optimización según BPR variable Nuevo diseño en etapa y nuevos parámetros
  45. 45. 9.3. Optimización de un turbofán según BPR variable. VCE • Resultados Consumo de combustible
  46. 46. 9.4. Comparación motor normal y VCE • Comparación de TSFC
  47. 47. 9.4. Comparación motor normal y VCE • Comparación de consumos • Incremento de la carga de pago en un 29% o unos 790Kg
  48. 48. 9.6. Viabilidad. Resultados finales • Atractivo ingenieril
  49. 49. 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
  50. 50. 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
  51. 51. Sistema Splitter y adaptación a los VCE Presentación Proyecto Fin de Carrera E.U.I.T. Aeronáutica David Torres Ocaña Aeromotores Octubre 2010
  52. 52. Ruegos y preguntas
  • XiLiuSong

    Jun. 14, 2018

The final proyect presents an innovative technical solution in the field of aerospace propulsion and a research of the improvements in this field in recent years. The project is called "Splitter System and adaptation to the VCE" and focuses on a improve of the engines used in military aviation and civil aviation, that could change the way to concieve the jet engines.

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