General Elektrik Havacılık, jet motorlarında gelişmiş, hafif ve dayanıklı kompozit malzemelerin ve özel kaplamaların geliştirilmesine ve kullanımına odaklandı ve GEnx (General Electric Yeni Nesil) adlı çift rotorlu, eksenel akışlı, yüksek baypaslı bir turbofan jet motoru üretti.
GE90 ailesinden türetilen bu ürün, 2007 yılında Boeing 747-8 ve 787 Dreamliner için, kendi ürün hatlarında CF6’nın yerini almak üzere tanıtıldı. GE90 ailesinden kompozit teknolojisini taşıyan GEnx, 18 kompozit fan kanadı, bir kompozit fan kasası ve titanyum alüminit kademe 6 ve 7 düşük basınçlı türbin kanadı kullandı.
Hafif kompozit malzemelerin kullanılması nedeniyle ağırlığın azaltılması, CF6’ya kıyasla özgül yakıt tüketiminde %15’lik bir iyileşme sağlamıştır. GEnx, daha büyük, daha verimli fan kanatlarının desteklediği 10 kademeli HP kompresör sayesinde 9,0:1’lik yüksek bir BPR ve 58,1:1’lik devasa bir OPR’ye ulaşabilir.
Bu yazımızda yeni bir alan olan endüstri 4.0 uygulaması ile kompozit bir malzemenin rotor üzerindeki etkisinin incelenmesine örnek bir uygulama verilmiştir.
1. Giriş
Ansys-Fluent kullanılarak oluşturulan 3 boyutlu geometrik modelde şekilde görülen silindir fan etrafında akan havanın sınırlarını verir.
[caption id="attachment_131250" align="aligncenter" width="477"]
Şekil 1. Kompozit dökümlü (olası) bir rotor çözüm ağının görüntüsü.[/caption]
[caption id="attachment_131251" align="aligncenter" width="521"]
Şekil 2. Kompozit dökümlü yatay fanın ortasındaki rotorun (metal dökümlü) dönme kuvvetinin belirlenmesi için ağ görüntüsü.[/caption]
[caption id="attachment_131252" align="aligncenter" width="527"]
Şekil 3. Rotor ve fan bloğunun “zoom” ağ görüntüsü.[/caption]
Uygulanacak olan viskoz modelin k-e (realizable) ve “scallable wall” olarak belirlendikten sonra, Şekil 3’ün kırmızı ve mavi bölgelerinden akan hava için yoğunluk değeri 1.2 kg/m3 olarak girilir. Rotor hızı 300 rpm gibi küçük bir değerdedir. Hava giriş (mavi bölge) hızı 1,2
m/s.
2. Sonuçlar
2100 iterasyonda elde edilen sonuçlar aşağıda verilmiştir.
[caption id="attachment_131253" align="aligncenter" width="674"]
Şekil 4. Hız dağılımının simetri ekseninde gösterimi.[/caption]
Şekil 4’ten görüleceği üzere hız dağılımının kanat tasarımında doğrudan doğruya rotor dönme hızına bağlı olduğu görülmektedir. Rotor ağrılığının dönme hızına bağlı olarak azalması dönme momenti için gerekli olan enerji gereksinimini arttırmaktadır.
300 rpm’lik rotor hızında hafif kompozit kullanımı rotor dönmesindeki enerji gereksinimini önemli ölçüde etkilemektedir. Yazımızın daha detaylı çözümleri için iletişim bilgilerimden
bana ulaşabilirsiniz. Hepinize sağlıklı ve mutlu günler dilerim.
Dr. Cemil Koyunoğlu
Yalova Üniversitesi
Mühendislik Fakültesi
Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü
