Süperseyir yeteneğine sahip düşük görünürlüklü uçaklar için motor tasarımı ve performans optimizasyonu
Engine design and performance optimization for aircraft supercruise and low observability capability
Yazar: MUSTAFA KARABACAK
Danışman: PROF. DR. ÖNDER TURAN ; DOÇ. DR. AZİZ KABA
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Uçak Gövde Motor Bakım Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Havacılık ve Uzay Mühendisliği = Aeronautical Engineering

Özet:
Hipersonik uçuş ve süperseyir yeteneğine sahip gelecek nesil bir savaş uçağı veya bombardıman uçağı için motor tasarımı bu çalışmanın konusunu oluşturmaktadır. Yapılan inceleme sonucunda Mach sayısı arttıkça optimum kompresör basınç oranının düştüğü ve 2.43 Mach'ın üzerindeki uçuş hızlarında optimum kompresör basınç oranının 1'in altına düştüğü görülmüştür. Yapılan literatür araştırması sonucu kompresör basınç oranının 1'in altına düştüğü konseptin ters Brayton çevrimli motor konsepti olduğu belirlenmiştir. Ters Brayton çevrimli bir motor, bir ramjet motora kıyasla 5 uçuş Mach sayısında yaklaşık %45.2 ve 5.5 uçuş Mach sayısında yaklaşık %95.4 oranında daha yüksek bir özgül itki üretiği görülmüştür. Hipersonik uçuş performansı için ters Brayton çevrimli motorun bir diğer üstünlüğü, itkinin üretilemediği uçuş Mach sayısının ters Brayton çevrimli bir motor için 6.2950 ve bir ramjet için 5.9160 olmasıdır. 3 farklı kompresör basınç oranına (10, 20 ve 50) sahip turbojet motorları, ters Brayton çevrimli motora kıyasla 1 ila 4 uçuş Mach sayısı arasında yaklaşık %30-60 daha düşük özgül yakıt tüketimine sahip olduğu gözlemlenmiştir. Bu nedenle, ters Brayton çevrimli motor süperseyir için uygun olmadığı görülmüştür. Ancak bu konsept değişken çevrimli motor konseptine uygulanmasıyla, süperseyir ve hipersonik uçuş kabiliyetine sahip uçaklar için uygun hale gelmektedir. Bu çalışmada ters Brayton çevrimli motorun hava araçlarına hipersonik uçuş kabiliyeti kazandırmak için uygun bir konsept olduğu sonucuna varılmıştır

Abstract:
Engine design for a next-generation fighter or bomber with hypersonic flight and supersonic capability is the subject of this study. As a result of the investigation, it is observed that the optimum compressor pressure ratio decreases as the Mach number increases and the optimum compressor pressure ratio drops below 1 at flight speeds above Mach 2.43. As a result of the literature research, it is determined that the concept in which the compressor pressure ratio drops below 1 is the inverted Brayton cycle engine concept. A inverted Brayton cycle engine is found to generate a specific thrust approximately 45.2% higher at Mach 5 and 95.4% higher at Mach 5.5 compared to a ramjet engine. Another superiority of the inverted Brayton cycle engine for hypersonic flight performance is that the flight Mach number at which thrust cannot be generated is 6.2950 for a inverted Brayton cycle engine and 5.9160 for a ramjet. Turbojet engines with 3 different compressor pressure ratios (10, 20 and 50) are observed to have approximately 30-60% lower specific fuel consumption between 1 and 4 flight Mach numbers compared to the inverted Brayton cycle engine. Therefore, the inverted Brayton cycle engine is not suitable for the supercruise. However, by applying this concept to the variable cycle engine concept, it becomes suitable for aircraft with supersonic and hypersonic flight capability. In this study, it is concluded that the inverted Brayton cycle engine is a suitable concept to provide hypersonic flight capability to aircraft.