PW1000 Turbofan presentation for course in Aero Engines (NTUA)

1. Geared Turbofan
Καρλιάμπας Χρήστος

2. Ιστορία
• Πρόκειται για μια νέα ιδέα?
• Honeywell-Lycoming ALF-502
• Κατασκευή 1980
• 1βάθμιος LPC- 7βάθμιος αξονικός, 1βάθμιος
ακτινικός HPC
• 2βάθμια HPT, 2βάθμια LPT
• BPR:5.7
• F=31kNt, SFC:11.5 gr/kN/s

3. Gear Patent 1973

4. Aero Engines
• Compressor: Cp*ΔΤ=U*ΔVu=ω*Rm*Va*Δa
• Επιθυμώ ΔΤ>> για λιγότερες βαθμίδες=>βάρος
• Va=ct λόγω συνεκτικών φαινομένων
• Δa=ct λόγω επιβράδυνσης ροής
• Συνεπώς για δεδομένη γεωμετρία
=> αύξηση ω~Ν

5. Aero Engines
• Μας ενδιαφέρει Fs (F) και SFC
• F=Σm*(Vout-Vin)
• Δυο τρόποι για max F
1.Κίνηση μεγάλης παροχής μάζας (fan)
2.Vout>>Vin
Ποιες μηχανές χρησιμοποιούν τους δύο τρόπους?

6. Aero Engines

7. Aero Engines
• Αύξηση παροχής fan (BPR)
=> αύξηση διαμέτρου
Ως τώρα fan δεμένος στην άτρακτο του LPC
Αποτέλεσμα? Ν>>
Mtip=1+ =>πλάγιο κρουστικό κύμα => (-) απώλειες
Τι κάνω? Gearbox για άλλες στροφές

8. Geared Turbofan
• Για τον κατασκευαστή προκύπτει το ερώτημα
εάν το κιβώτιο είναι βαρύτερο από μια
αργόστροφη LPT και αν το όφελος του βάρους
αντισταθμίζεται από τα κόστη συντήρησής του.
• Επιπλέον είναι ρίσκο για μια εταιρία η ανάπτυξη
μιας τέτοιας νέας συνιστώσας (χρόνος, χρήμα
εργαζόμενοι)
• Που θα εστιάσει? fan, compressor, turbine και
combustion chamber σχέδια/υλικά είτε gearbox
• (P&W, MTU , GKN, AvioAero)

9. Geared Turbofan
• Παρουσίαση του υπάρχοντος κινητήρα
PW1000 της Pratt & Whitney
• Συνιστώσες
• Οφέλη/μειονεκτήματα
• Σύγκριση με άλλες εταιρίες/προϊόντα

10. PW1000

11. PW1000
FAN
• BPR: 12.5 (ex: 5.1)
• Διάμετρος 81in (210cm)
• 18 διμεταλλικά πτερύγια για ανθεκτικότητα (LE?)
• Κέλυφος από σύνθετα υλικά (carbon) για
ελάφρυνση
• RR (three spool, BPR=9.3 Trent XWB)

12. PW1000
Compressor
• LPC: 3βάθμιος high rotating speed (x3)
• HPC: 8βάθμιος high rotating speed
• CFM56-5B (GE): 3-9 άρα λιγότερα πτερύγια
=>+ συντήρηση
Tt3=1300 F δηλαδή 980 Κ

13. PW1000
Combustion Chamber
• Αναπτύχθηκε από κοινού με τη NASA (Talon)
• Πλούσιο μίγμα αέρα-καυσίμου κυρίου ρεύματος
• Annular Type
• Τα παραπάνω ελαχιστοποιούν το μήκος
θαλάμου καύσης
• Επιπλέον (-) NOx κατά 50%

14. PW1000
Turbine
• HPT: 2βάθμια
Βασική συνιστώσα (60% κόστους)
• LPT: 3βάθμια (GE 7)
=> 2/3 λιγότερα πτερύγια
Σχεδίαση LPT από MTU tip-shrouded airfoils
προκειμένου να αντέχει σε μεγαλύτερες πιέσεις,
θερμοκρασίες και ταχύτητα καυσαερίων
• GKN στο ακροφύσιο (FAVN)

15. PW1000
Gearbox
• Πλανητικό σύστημα (AvioAero)
• Ήλιος κινούμενος από άτρακτο LP
• Στεφάνη ακίνητη
• Πλανήτες με άξονες συνδέονται με fan
• 3:1 από 10.500-3500 RPM (αντίστοιχα 5200)
• Τι γίνεται με τις απώλειες? (30000 shp)

16. PW1000

17. PW1000
• Πλεονεκτήματα
• -15% κατανάλωση καυσίμου (11% από fan)
1.-3600 tn/ac/y CO2
2.-55% NOx
• -20dB λόγω ηχομόνωσης από τον fan
• Λιγότερες βαθμίδες=> (-) βάρος + συντήρηση
• Ο μειωτήρας έχει 7 κινούμενα μέρη μόνο
• Στατική ώση: 110 kNt
• SFC: 7.15 gr/kNt/s

18. PW1000

19. PW1000

20. PW1000-GE LEAP

21. PW1000-RR UltraFan
• Rolls Royce ανάπτυξη geared turbofan μέχρι
2025 (25-25)
• OPR: 70:1
• BPR: 13:1-15:1
• Contra rotating fan
• 3 spool engines δίνουν μεγαλύτερη ευελιξία
• 50MW gearbox

22. RR UltraFan