Αεροδυναμικές επιδράσεις στο σχεδιασμό ταχύστροφων κωνικών ελικοειδών τροχών για αεροπορικές εφαρμογές
Loading...
Date
2023-10-19
Authors
Αυγεράκης, Σπυρίδων
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Στην παρακάτω εργασία υλοποιείται μια εκτεταμένη έρευνα γύρω από τις αεροδυναμικές απώλειες ισχύος (Windage power losses), που εμφανίζονται σε ζεύγη οδοντωτών τροχών κατά τη διαδικασία της σύμπλεξης σε ένα κιβώτιο ταχυτήτων ενός turbofan κινητήρα αεροσκάφους. Η μελέτη γύρω από την ανάπτυξη WPL, είναι ένα θέμα που αναπτύσσεται ιδιαίτερα στην αεροπορική βιομηχανία με στόχο την καλύτερη σχεδίαση των turbofan κινητήρων που χρησιμοποιούνται στα σύγχρονα αεροσκάφη. Οι αεροδυναμικές απώλειες ισχύος (WPL) μπορεί να αποτελούν μόλις το 10% των συνολικών απωλειών ενός turbofan κινητήρα αεροσκάφους, όμως αναλογιζόμενοι τα μεγέθη των ποσών ενέργειας που δαπανούνται από ένα αεροσκάφος, γίνεται αντιληπτό ότι η μελέτη γύρω από αυτού του είδους της απώλειες, μπορεί να γλιτώσει ένα αεροσκάφος από μεγάλα ποσά καυσίμου, που απαιτούνται για τη λειτουργία τους και να το κάνει πιο φιλικό στο περιβάλλον. Η εργασία επικεντρώνεται στην εξέταση των γεωμετρικών χαρακτηριστικών των οδοντωτών τροχών, ώστε να παρουσιάζονται οι λιγότερες αεροδυναμικές απώλειες ισχύος κατά την σύμπλεξη. Η σχεδίαση του γεωμετρικού μοντέλου σε περιβάλλον CATIA, αξιοποιώντας τον παραμετρικό σχεδιασμό, δίνει τη δυνατότητα για σχεδιασμό των γραναζιών σε σχέδιο 3D, ενώ παράλληλα η γεωμετρία τους μπορεί να τροποποιηθεί, ανάλογα με το μοντέλο και τη γεωμετρία των γραναζιών που προσομοιώνεται. Συνήθως, σε ένα κιβώτιο ταχυτήτων ενός turbofan κινητήρα οι οδοντωτοί τροχοί που χρησιμοποιούνται είναι κωνικοί ελικοειδείς, ενώ οι WPL που αναπτύσσονται μέσα σε αυτό μπορούν να χωριστούν σε περιφερειακές αεροδυναμικές απώλειες και αεροδυναμικές απώλειες οδοντώσεων. Η μελέτη μας επικεντρώνεται στις αεροδυναμικές απώλειες ισχύος που εμφανίζονται στις οδοντώσεις ενός τροχού. Για τον παραπάνω λόγο και για να μειωθεί η υπολογιστική ισχύς, τα ζεύγη που μελετήθηκαν είναι ζεύγη μετωπικών και ελικοειδών οδοντωτών τροχών. Η μελέτη γύρω από τις αεροδυναμικές επιδράσεις ολοκληρώνεται με την ανάλυση CFD (Computational Fluid Dynamics) των ζευγών οδοντωτών τροχών σε περιβάλλον ANSYS Fluent, εξετάζοντας τις απώλειες στην περιοχή των οδοντώσεων, αλλάζοντας την γεωμετρία στην μύτη των οδοντωτών τροχών. Η γεωμετρία τροποποιήθηκε ως προς το Chamfer στην μύτη του δοντιού (0 mm, 0.2 mm, 0.4 mm, 0.6 mm) και την γωνία εξελιγμένης/ πιέσεως (15ο, 20ο, 25ο), χρησιμοποιώντας πέντε διαφορετικές ταχύτητες (10000 rpm, 15000 rpm, 17500 rpm, 18500 rpm και 20000 rpm). Τα αποτελέσματα που προέκυψαν βοήθησαν στην συσχέτιση της WPL με τις διάφορες αλλαγές στην γεωμετρία των οδοντωτών τροχών και την ταχύτητα περιστροφής, στην ανάπτυξη μεθόδων για την μείωση της και την σχεδιαστική βελτίωση των οδοντωτών τροχών που απαρτίζουν ένα κιβώτιο ταχυτήτων ενός turbofan κινητήρα αεροσκάφους.
Description
Keywords
Αεροδυναμικές απώλειες ισχύος, Turbofan κινητήρας, Οδοντωτοί τροχοί, Προσομοίωση CFD, Παραμετρικός σχεδιασμός