Turbo beslemeli benzinli havacılık motorunun yüksek irtifalarda performans ve yakıt tüketimi parametrelerinin araştırılması
Investigation of performance and fuel consumption parameters of turbocharged gasoline aviation engine at high altitudes
Yazar: TUTKU CEMRE HATİPOĞLU
Danışman: PROF. DR. LATİFE BERRİN ERBAY
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Havacılık Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Havacılık Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Uçak Mühendisliği = Aircraft Engineering
Dizin: Benzin = Gasoline ; Benzinli motorlar = Gasoline engines ; Havacılık = Aviation ; Pistonlu motorlar = Reciprocating engines ; Silahlı insansız hava araçları = Armed unmanned aerial vehicles ; Turbo şarj = Turbo charge ; Yüksek irtifa = High altitude ; İçten yanmalı motorlar = Internal combustion engines

Özet:
Dizel veya benzinli pistonlu motorlar havacılık sektöründe uzun yıllardır yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle sivil sportif hava araçlarında kullanılan en yaygın motor tipi pistonlu motorlardır.
Pistonlu motorlar havacılıkta yaygın olarak kullanılan diğer motor tiplerine kıyasla daha yüksek güç/ağırlık oranına sahip olmaları, alım ve işletim maliyetlerinin daha düşük olmaları gibi sebeplerden ötürü önemli avantajlara sahiptirler. Öte yandan turboşarj veya süperşarj gibi aşırı besleme ünitesine sahip olmayan atmosferik pistonlu motorlar ise önemli bir dezavantaj olarak deniz seviyesinden daha yüksek irtifalara çıkıldıkça maksimum motor güçlerini kaybetmeye başlarlar. Turboşarj veya süperşarj üniteleri sayesinde ise pistonlu motorlar yüksek irtifalarda atmosferik motorlara göre daha yüksek güç üretebilmektedirler.
Son yıllarda gelişen teknoloji sayesinde turboşarj ünitelerine sahip pistonlu motorların havacılık sektöründe de kullanımı yaygınlaşmaktadır. Bu tip motorlar kendilerine yalnızca sportif hava araçlarında değil, ayrıca gelişmiş insansız hava araçlarında da kullanım alanı bulmaktadırlar.
Bu çalışma kapsamında ise havacılıkta çok geniş kullanıma sahip Rotax-914 turbo beslemeli benzinli pistonlu motorun GT Power bir boyutlu analiz programı aracılığıyla motor modeli oluşturulmuş ve motor test sonuçları ile kıyaslanmıştır. Ayrıca Rotax-914 motorunun üreticinin paylaştığı test verilerinden daha da yüksek irtifalarda da motorun performans parametreleri farklı sıcaklık ve motor hızı koşullarında incelenmiştir. Yakıt hava karışımının özgül yakıt tüketimi üzerine etkisi de ayrıca ele alınmış ve ortam koşullarına bağlı en verimli yakıt tüketimine sahip çalışma bölgesi gösterilmiştir. Bu sayede Rotax 914 motorunun konvansiyonel olarak kullanıldığı küçük sportif insanlı uçaklarda 14000 feet'e kadar irtifalar yerine insansız hava araçlarıyla birlikte 30000 feet'e kadar daha yüksek irtifalarda performans ve yakıt tüketimi parametreleri araştırılmıştır.

Abstract:
Diesel or gasoline piston engines have been widely used in the aviation industry for many years. The most common engine type used especially in civil sports aircraft are piston engines. Reciprocating engines have significant advantages compared to other engine types commonly used in aviation, due to their higher power-to-weight ratio, lower purchase and operating costs. On the other hand, atmospheric piston engines that do not have turbochargers or superchargers begin to lose their maximum engine power at higher altitudes than sea level, which is a significant disadvantage. Thanks to turbocharging or supercharging units, piston engines can produce higher power than atmospheric engines at high altitudes. Thanks to the developing technology in recent years, the use of reciprocating engines with turbocharger units has also become widespread in the aviation industry. These types of engines find themselves in use not only in sportive aircraft, but also in advanced unmanned aerial vehicles. Within the scope of this study, widely used engine model of the Rotax 914 turbocharged gasoline piston engine, was created by means of GT Power one-dimensional analysis program and compared with the engine test results. In addition, the performance parameters of the Rotax 914 engine at even higher altitudes than the test data shared by the manufacturer were investigated under different temperature and engine speed conditions. The effect of the fuel-air mixture on the specific fuel consumption at various engine speeds, altitudes and temperatures is also discussed and the operating region with the most efficient fuel consumption depending on the ambient conditions is shown. In this way, performance and fuel consumption parameters were investigated at higher altitudes up to 30000 feet with unmanned aerial vehicles, instead of at altitudes up to 14000 feet in small sportive manned aircrafts, where the Rotax 914 engine is conventionally used.