This paper introduces the part of efforts to develop a derivative type turboshaft engine from an existing baseline engine for multi-purpose helicopters aiming at 4000 kg of take-off weight for 10-12 passengers. As a first step in meeting the development goal of increasing the output power from 720 hp to 840hp with minimum modification, a two stage axial compressor was redesigned to obtain the higher pressure ratio by removing the inlet guide vane and increasing the chord length. As a result, a two stage axial compressor was designed to facilitate a flow rate of 3.04 kg/s, a pressure ratio of 2.01 and an adiabatic efficiency of $85\%$. Its performance tests were carried out and verification of test results and redesign are under progress. Aerodynamic and structural analyses of the preliminary design are mainly described in this paper.
본 연구에서는 누설와류는 유동에 영향을 미치며 에너지 손실로 된다. 누설 와류에 의한 손실은 다른 원인에 의한 손실에 비교하여 그 비중이 크다. 따라서 누 설와류 특성을 이해하기 위해 설계영각(.alpha.=10.7˚)에서 절현비를 t/C=0.90와 2.71로 바꾸고, 또 절현비가 설계절현비 t/C=0.90일 경우에 영각을 설계 영각 .alpha.=10.7˚와 실 속점의 영각 .alpha.=18.9˚사이에서 바꾸어 회전익 후방의 회전유동장을 측정하여 누설와 류의 거동을 연구하였다.
The performance of a centrifugal compressor composed of an impeller, tandem diffuser rows and axial guide vanes has been predicted numerically and compared with available experimental results on its design rotational speed. The pitchwise-averaged mixing plane method was employed for the boundaries between rotor and stator to obtain steady state solutions. The overall characteristics showed differently according to the relative positions of tandem diffuser rows while the characteristics of impeller showed almost identical. The numerical results agree with the measured data in respect of their tendency. It turned out that 0% of relative positions is the worst case in terms of static pressure recovery and efficiency. According to the experimental results, some pressure fluctuations and malfunction of the compressor were observed for 75% case. However, this numerical calculation using mixing plane method did not capture any of those phenomena. Thus, unsteady flow calculation should be performed to investigate the stability of the compressor caused by different diffuser configuration.
가스터번 엔진의 성능을 예측하기 위해서는 자신의 성능 특성을 포함한 구성품 성능도가 요구된다. 본 연구에서는 유전 알고리즘을 이용하여 압축기 성능도를 제작사에서 제공한 성능덱으로부터 역으로 식별하는 방법을 제안하였다. 알고리즘은 경사 로터 방식 스마트 UAV를 위한 PW206C 터보축 엔진에 적용하였다. 제안된 방법을 검증하기 위하여 새롭게 만들어진 압축기 성능도를 이용한 해석 결과와 제작사에서 제공한 EEPP(Estimated Engine Performance Program) 덱(deck)을 이용한 해석 결과를 비교하였다. 또한 기존의 스케일링 방법을 이용하여 얻어진 구성품 성능도를 이용한 해석결과와도 비교하였다. 그 결과 운용 영역이 설계점에서 멀어질수록 기존의 스케일링 방법을 이용한 구성품 성능도를 사용한 경우 오차가 크게 증가하였다. 반면 유전알고리즘을 이용하여 생성된 압축기 성능도를 사용한 경우 EEPP의 해석결과에 더 근접함을 확인할 수 있었다.
바이패스 덕트 손실을 고려한 비행 중의 복축 혼합형 터보팬 엔진의 윈드밀 성능을 예측하기 위해, 본 연구에서는 원심 및 축류 압축기, 축류 터빈의 윈드밀 작동 과정과 물리적 현상을 규명하고 바이패스 덕트를 통과한 공기와의 혼합 현상을 해석하였다. 윈드밀 성능 예측의 결과는 유차원 해석을 통해 비교 분석하였다.
In this paper, 3-stage centrifugal turbo compressor was measured and analyzed numerical simulation for find noise source and was reduced noise with changing designs. For this purpose, it was measured noise level and was analyzed noise frequency at each stage. In order to Find where is noise source, the study was investigated about structure borne noise by using modal analysis and also was checked sound radiation and leakage of noise at inlet and outlet by result of sound intensity. In order to reduce of noise, sound insulation rings were maded and were adhered at joint and noise reduction effects were verified by measurement and numerical simulation. From the analysis results of leakage of noise, this study presented new joint designs, also it was verified by result of numerical simulation.
For the purpose of improving performances of a turbocharged diesel engine at low speed, this study investigates the effects of the injected air for the performances and flow characteristics in the intake and exhaust pipes by using the computer simulation with test bed. In the theoretical analysis, the whole flow system, including engine cylinders and intake and exhaust pipes, is calculated numerically by the method of filling and emptying. From the results of this study, the following conclusions may be summarized. Increasing injected air pressure into the pipe of compressor exit brings about the improvement in a performance and flow characteristics of intake and exhaust pipes under full load operating conditions at 1000 rpm of the engine speed, but shows trends of the inferior performances under no load operating conditions at 2000 rpm of the engine speed.
본 연구에서는 초소형 엔진의 윈드밀 시동시의 성능을 예측하기 위해 엔진의 주요 구성 부품의 성능의 손실해석을 통한 수치 방법을 개발하였다. 사류형 압축기를 가진 초소형 터보제트 엔진에 이 수치기법을 적용하여 탈설계점 및 설계점 영역에서 시동 특성을 해석하였다. 또한 각 설계 변수들의 윈드밀 시동 성능에 영향을 주는 민감도를 분석하였다.
A small-sized turbocharger is generally used in downsizing engine for various vehicles. When a centrifugal compressor, which is one of the crucial units of the turbocharger, is downsized, the compressor has much more possibilities of being damaged because of its high rotating speed, causing insecure structural soundness. Thus, it is of essential to study on the improvement of the structural soundness of a small-sized turbocharger. In this study, numerical analysis on the various blade geometries and mass flow rate of the compressor was performed using the commercial software ANSYS CFX. In addition, the evaluation on the structural soundness of a compressor impeller for respective cases was conducted using ANSYS Mechanical. As a result, it was shown that the compressor had higher efficiency with increasingly secured structural soundness.
터보과급기는 엔진에 장착하여 연비를 개선하는 효과적인 장치로 디젤엔진과 가솔린엔진 모두에서 광범위하게 사용되고 있다. 본 연구에서는 승용차용 가솔린엔진에 사용되는 트윈스크롤 터보과급기에서 발생하는 맥동유동의 질량유량을 측정하였다. 자체 설계 제작한 맥동유동장치를 사용하여 맥동이 있는 비정상상태에서 유동의 질량유량을 측정하였고, 맥동이 없는 정상상태의 질량유량과 비교 분석하였다. 맥동유동장치는 회전하는 상판과 고정된 하판을 사용하여 변하는 엔진의 배기밸브 유효면적을 반영하였다. 맥동이 있는 비정상상태 질량유량을 측정하기 위하여 차압식 압력계를이용한 오리피스 유량계를 사용하였다. 이때 기체의 온도와 절대압력을 측정하여 기체 밀도 변화를 고려하였다. 터보과급기의 저속 성능을 분석하기 위하여 압축공기를 사용하여 터보과급기 회전속도 60,000rpm에서 100,000rpm의 범위에서 측정을 수행하였다. 비정상상태의 질량유량은 정상상태와 비교하여 크게 다른 결과를 보였다. 정상상태 질량유량 계수는 터빈 팽창비가 증가함에서 따라 증가하지만, 비정상상태 질량유량 계수는 정상상태 값 주변의 히스테리시스 루프를 형성하며 변화량은 정상유동 기준 최대 5.0배이다. 이것은 맥동유동에 의하여 터빈 볼류트 공간에서 충진과 방출이 일어나기 때문이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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