Ticari uçakların ekserjetik sürdürülebilirlik indikatörlerinin geliştirilmesi
Development of exergetic sustainability indicators for commercial aircrafts
Yazar: HAKAN AYDIN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ÖNDER TURAN
Anadolu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Sivil Havacılık Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Uçak Mühendisliği = Aircraft Engineering
Dizin: Ekserji analizi = Exergy analysis ; Uçak motorları = Aircraft engines ; İtme kuvveti = Thrust

Özet:
Bu tezin amacı ticari uçak ve uçak motorları için ekserjetik sürdürülebilirlik indikatörlerinin elde edilmesidir. Bu amaçla havacılıkta orta ve uzun menzilli yolcu uçaklarında kullanılan yüksek bypasslı bir turbofan motoru, bölgesel uçaklarda kullanılan bir turboprop motor ve dünyada yaygın olarak kullanılan bir yolcu uçağı ele alınmıştır. Her iki motor için öncelikle detaylı ekserji analizleri gerçekleştirilmiştir ve elde edilen ekserji parametreleriyle bu motorların ekserji tabanlı sürdürülebilirlik indikatörleri hesaplanmıştır. Yolcu uçağının farklı uçuş mesafelerinde farklı paralı ağırlıklar taşıması durumu için uçuş analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu veriler ve uçuş mekaniği denklemleri kullanılarak yolcu uçağının ekserji tabanlı sürdürülebilirlik indikatörleri hesaplanmıştır.Yapılan analizler sonucunda turbofan motoru ekserji verimi %31.5, atık ekserji oranı 0.685, ekserji geri kazanabilirlik oranı 0, ekserji yıkım oranı 0.408, çevresel etki faktörü çevresel etki faktörü 2.174 ve sürdürülebilirlik indeksi 0.46 olarak hesaplanmıştır. Turboprop motoru için dinamik ekserji analizi yapılarak ekserjetik sürdürülebilirlik indikatörleri elde edilmiştir. Sürdürülebilirlik indeksi en düşük güç çalıştırması (240 N.m tork) için 0.26 ve en yüksek güçteki çalıştırması için (630 N.m tork) 0.41 olarak elde edilmiştir. Yolcu uçağı ekserji tabanlı sürdürülebilirlik indikatörleri kalkış ağırlığına bağlı olarak kalkışta 0,422 - 0.440 arasında seyrüseferde ise 0,42 - 0,441 arasında hesaplanmıştır.Bu çalışma sonucunda ekserji tabanlı sürdürülebilirlik indikatörleriyle ilgili çalışmaların ve geliştirilecek parametrelerin hava araçları ve itki sistemleri için sürdürülebilirlik açısından önemli bir parametre olarak kullanılabileceği düşünülmektedir.

Abstract:
The aim of this thesis is to derive the exergetic sustainability indicators of transport airplane and aircraft engines. To reach this target two engines and an airplane are investigated. The first engine is widely used high bypass turbofan engine powering a medium range transportaion airplane and the second one is a turboprop engine powering regional turboprop airplane. As first step the detailed exergy analysis of turbofan and turboprop engines have been executed Then the exergetic sustainability indicators have been calculated by using the exergy parameters obtained from exergy analysises. Additionally the exergetic sustainability indicators of a widely used transport airplane have been obtained by using the flight analysis results that are performed in this thesis.In the analysis results the turbofan exergy efficiency, waste exergy ratio, recoverable exergy ratio, exergy destruction factor, environmental effect factor and exergetic sustainability index are obtained as %31.5, 0.685, 0, 0.408, 2.174 and 0.46. The dyamic torque exergetic sustainability indicators of turboprop engine have been carried out under six different torque operations. The lowest sustainability index has been calculated as 0.26 at 240 Nm torque operation and the highest one has been obtained as 0.41 at 630 Nm torque operation. It was observed that the exergetic sustainability indicators of turboprop engine improved with higher torque operations. The exergetic sustainability indicators of transport aircraft has been found out as 0,422 - 0.440 at climb and as 0,42 - 0,441 at cruise in respect to take-off weight.It?s believed that the application of exergetic sustainability indicators on airplane and airplane engines will play an important role for sustainability.The aim of this thesis is to derive the exergetic sustainability indicators of transport airplane and aircraft engines. To reach this target two engines and an airplane are investigated. The first engine is widely used high bypass turbofan engine powering a medium range transportaion airplane and the second one is a turboprop engine powering regional turboprop airplane. As first step the detailed exergy analysis of turbofan and turboprop engines have been executed Then the exergetic sustainability indicators have been calculated by using the exergy parameters obtained from exergy analysises. Additionally the exergetic sustainability indicators of a widely used transport airplane have been obtained by using the flight analysis results that are performed in this thesis.In the analysis results the turbofan exergy efficiency, waste exergy ratio, recoverable exergy ratio, exergy destruction factor, environmental effect factor and exergetic sustainability index are obtained as %31.5, 0.685, 0, 0.408, 2.174 and 0.46. The dyamic torque exergetic sustainability indicators of turboprop engine have been carried out under six different torque operations. The lowest sustainability index has been calculated as 0.26 at 240 Nm torque operation and the highest one has been obtained as 0.41 at 630 Nm torque operation. It was observed that the exergetic sustainability indicators of turboprop engine improved with higher torque operations. The exergetic sustainability indicators of transport aircraft has been found out as 0,422 - 0.440 at climb and as 0,42 - 0,441 at cruise in respect to take-off weight.It?s believed that the application of exergetic sustainability indicators on airplane and airplane engines will play an important role for sustainability.