Gas Turbine engines are the most common types of engines used for civilian and military purposes. They operate with the same basic principles as the open-circuit Brayton cycle. For all the cases that are mentioned the same principle applies with little changes regarding the number of spools and the existence of a fan. The air enters the inlet of the engine and is pressurized on the compressor. After that, the air enters the combustion chamber where fuel is ejected and mixed with the air. The mixture is then burnt and goes to the turbine where work is produced and used to rotate the spool of the compressor. In the end, the air is expanded in the nozzle or burnt once again (after it’s mixed with fuel again) before is expanded in the nozzle (afterburner). The basic components of Aircraft Engines are the Compressor, the Turbine, the Combustion Chamber and the Nozzle. The air enters the inlet of the engine and is pressurized on the compressor. The Compressor has Rotors and Stators where both of them have a specific number of blades with a specific geometry so that the air in each stage (Rotor-Stator) is compressed with a specific pressure ratio
The preliminary design of a gas turbine engine is a complex and time-consuming procedure. The purpose of the current study is to automate this type of design with the use of Matlab GUI. The application we design only needs basic parameters often seen in aircraft propulsion systems (such as the height of flight) and after calculations the application exports the basic thermodynamic variables needed for detailed design (pressure, temperature, velocity of exhaust fumes, and entropy) and also exports the basic thermodynamic variables needed for detailed design (pressure, temperature, velocity of exhaust fumes, and entropy).
Οι αεριοστρόβιλοι αποτελούν τους πιο συνηθισμένους τύπους κινητήρα που εμφανίζονται σε επιβατηγά και στρατιωτικά αεροσκάφη. Η βασική αρχή λειτουργίας τους είναι παρόμοια με αυτή του ανοιχτού κύκλου Brayton. Για όλες τις περιπτώσεις που αναφέρονται στην εργασία ισχύει η ίδια βασική αρχή με μικρές διαφορές που προκύπτουν από τον αριθμό των αξόνων και την προσθήκη του ανεμιστήρα. Ο αέρας εισέρχεται στην εισαγωγή και συμπιέζεται στον συμπιεστή. Στην συνέχεια εισέρχεται στον θάλαμο καυσίμου, όπου αναμειγνύεται με καύσιμο και αναφλέγεται. Από εκεί προχωρά στην στρόβιλο, ο οποίος παράγει έργο που κινεί τον άξονα που είναι συνδεδεμένος με τον συμπιεστή. Τέλος, ο αέρας εκτονώνεται σε ένα ακροφύσιο ή καίγεται ξανά (με εκ νέου προσθήκη καυσίμου) πριν εκτονωθεί στο ακροφύσιο (μετακαυστήρας). Για τις περισσότερες περιπτώσεις κινητήρων παρουσιάζονται τα ίδια βασικά εξαρτήματα με μικρές διαφορές που προκύπτουν από τον αριθμό των αξόνων και την προσθήκη του ανεμιστήρα. Τα βασικά αυτά εξαρτήματα είναι ο Συμπιεστής, ο Στρόβιλος, Ο Θάλαμος καυσίμου και το Ακροφύσιο. Ο αέρας εισέρχεται στην εισαγωγή και συμπιέζεται στον Συμπιεστή. Ο Συμπιεστής αποτελείται από Ρότορες και ένα Στάτες οι οποίο έχουν ένα συγκεκριμένο αριθμό πτερυγίων με γεωμετρία τέτοια ώστε η ροή του αέρα σε κάθε στάδιο (το ζευγάρι Ρότορα-Στάτη) να συμπιέζεται με κάποιο λόγο πίεσης.
Ο προκαταρτικός σχεδιασμός αεριοστρόβιλων αποτελεί μια δύσκολη και χρονοβόρα διαδικασία. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η αυτοματοποίηση αυτού του τύπου σχεδιασμού με την βοήθεια του λογισμικού Matlab GUI. Δημιουργούμε μια εφαρμογή η οποία απαιτεί από τον χρήστη την εισαγωγή απλών παραμέτρων κινητήρων αεροσκαφών (π.χ. ύψος πτήσης) και μετά από υπολογισμούς εξάγει τα θερμοδυναμικά μεγέθη που χρειάζονται για την μετέπειτα ανάλυση (πίεση, θερμοκρασία, ταχύτητα καυσαερίων και εντροπία) καθώς και εξάγει τα μεγέθη του σχεδιασμού (γωνίες, μήκη πτερυγίων , συστροφή πτερυγίων και άλλα) που χρειάζονται για την ολοκλήρωση του πλήρη σχεδιασμού του συμπιεστή.
University of Patras
