Bu çalışma, qaz turbini mühərriklərinin memarlıqsini, termodinamik çalışma şərtlərinı və ümumi torırlığını eyni riyazi problem üçünde birlikdə optimallaşdırır. Araşdırmaçılar; ara soyuducu, istilik bərpa sistemi, fırlanan detonasiya əsaslı yenidən qızdırma bölümü və üçüncü axın kanalı gibi isteğe btorlı komponentləri ikili qərar dəyişənləriyle temsil eden bir qarışıq tamədədli qeyri-xətti proqramlaşdırma modeli geliştirmiştir. Model, 10, 30 və 50 kN kruiz itki qüvvəsi sınıflarında qlobal səmərəlilik ilə güc sistemi torırlığı arasındaki dengeyi Pareto cəbhələri üzərindən araştırmıştır. Önerilən yeni motor memarlıqlari 30 və 50 kN sınıflarında optimize edilmiş ənənəvi motorlara görə təxminən %15 daha yüksək qlobal səmərəlilik və %18-22 daha aştorı torırlıq üretmiştir. Bununla belə tapıntılar, rəyçi qiymətləndirməsindən keçməmiş, seyir tasarım noktasına odaklanan və həqiqi motor ya da uçuş təcrübəi içermeyen bir ön dizayn modeline dayanmaktadır.

Araşdırmanın ikinci katkısı, fiziki olaraq mümkün olmayan və ya vərimsiz memarlıq dallarını erkən mərhələda eleyen Çox Başlanğıclı Fizika Bilikli Dal və Sərhəd alqoritmsıdır (Multi-Start Physics-Acquainted Branch and Bound, MS-PABnB). Tam faktöriyel nümunəe, AdaBoost fizibilite sınıflandırıcısı, LSBoost temperatur tahmini və yanacaq-hava nisbəti belirleme mərhələlərının birlikdə kullanılması, tətbiq oluna bilən başlanğıc nöqtələrinın nisbətinı %5,83'ten %88,6'ya yükseltmiştir. MS-PABnB, eyni həll mühitindaki ənənəvi Dal və Sərhəd yaklaşımından genel olaraq daha az düyün araştırmış, daha az başlanğıc noktasına ihtiyaç duymuş və daha iyi miqyaslandırılmış məqsəd funksiyası dəyərləri üretmiştir.

Seçilən seyir tapşırıqlerinde model, 30 və 50 kN sınıfları üçün referans motorlara kıyasla yanacaq sərfi və karbon dioksid emissiyasında təxminən %28'e varan azalmalar hesaplamıştır. Ancak bu nəticələr birbaşa ölçülmüş uçuş nəticələrı değildir. Görev hesabı, referans motorların itki profilləri, hesaplanan özgül yakıt tüketimleri və ampirik emissiya əlaqəleri kullanılarak yapılmıştır. Özellikle 10 kN tasarımında yanacaq sərfi azalmasına rtormen azot oksid emissiyası referans motora görə %86,86 daha yüksək hesablanmışdır.

Araşdırmanın əsas sualı nedir?

Araşdırmanın əsas sualı, bir uçak qaz turbini motorunda yalnızca təzyiq nisbəti, hava sərfi və ya yanma temperaturu gibi müddətkli çalışma dəyişənlerinin değil, motorun hangi komponentlərden oluşactorının da eyni anda optimize edilip ediləmeyeceğidir. Gelenəlavəsel tasarım yaklaşımında mühərrik memarlığı çoğunlukla əvvəlden belirlenir; ardından bu sabit memarlıq üçündəlavəi termodinamik dəyişənler ayarlanır. Böyle bir sıra, henüz başlanğıcta seçilmeyen komponent kombinasyonlarının dəyərlendirme dışında kalmasına neden olur.

Çalışma bu sınırlamayı, komponent kurulumlarını sıfır və ya bir dəyərini sahə ikili dəyişənlerle diaqnozmlayarak aşmayı amaçlamaktadır. Optimizasyon böylece yalnızca “Bu motor hangi təzyiq nisbətinda çalışmalı?” sorusunu değil, “Ara soğutucu kurulmalı mı?”, “Isı geri kazanımı kullanılmalı mı?”, “Çəlavəirdəlavə akışın bir bölümü fırlanan detonasiya kamerasında yeniden ısıtılmalı mı?” və “Üçüncü bir hava akışı bulunmalı mı?” sorularını da açmaktedir.

Çalışma neden önəmlidir?

Motor vərimliliğini artıran her komponent uçuş sırasında net kazanç storlamaz. Bir istilik dəyişdiricisi egzoz enerjisinin bir bölümünü geri kazanabilir; lakin istilik dəyişdiricisiün torırlığı və oluşturduğu təzyiq kaybı bu kazancı azaltabilir. Daha böyük bir fan itki səmərəliliyini yükseltebilir; fakat fan çapı, mühərrik kapotu, aktarma sistemi, torırlıq və hava vasitəsi inteqrasiyası üzərində yeni məhdudiyyətlər oluşturur. Bu səbəbdən yalnızca termodinamik vərimin en yüksək olduğu çevrim, uçak baxımından en uygun motor olmak zorunda değildir.

Araşdırmaçılar bu çatışmayı iki amacı eyni anda dəyərlendirerəlavə ele almaktadır:

• Küresel motor vərimliliğinin mümkün olduğunca yükseltilmesi,
• Fan, kompressorler, yanma kamerası, turbinler, istilik dəyişdiriciləri, qarışdırma kamerası, yapısal elemanlar və köməkçi sistemlər dâhil ümumi güc sistemi torırlığının mümkün olduğunca düşürülmesi.

Bu yaklaşım təlavə bir “en iyi motor” yerine, səmərəlilik artımı qarşılığında ne kadar torırlıq kabul edildiğini gösteren bir Pareto cəbhəsi üretməlavətedir. Pareto cəbhəsindəlavəi her nokta, bir hedefin daha fazla iyiləştirilmesinin diğer hedefte itki oluşturduğu bir tasarımı temsil eder.

Önerilən mühərrik memarlığı nasıl çalışmaktadır?

Çalışmadaki motor akış şeması, klasik iki şaftlı turbofan yapısını dört isteğe btorlı unsurla genbiznesktedir:

• Ara soğutucu: Düşük təzyiq və yüksək təzyiq kompressorleri arasındaki havayı soğutarak sonraki sıkıştırma işi üzərində təsirli olur.
• Isı geri kazanım sistemi: Çəlavəirdəlavə egzozundaki ısının daha soğuk bir akışa aktarılmasını storlar.
• Döner detonasyonlu yanma bölümü: Yüksəlavə təzyiq turbininden sonraki çəlavəirdəlavə akışın belirli bir bölümünü yeniden ısıtarak təzyiq qazancılı yanmayı təxminən olaraq temsil eder.
• Üçüncü akış kanalı: Fan sonrasında ayrılan havanın bir bölümünü ısı istilik dəyişdiriciləriinden gecirip ikincil akışla yeniden birleştirir.

Motor şemasında ana çəlavəirdəlavə akış, fan akışı və üçüncü axın ayrı yollarla gösterilməlavətedir. Düşük təzyiq kompressorü və yüksək təzyiq kompressoru sayısal olaraq dört sanal bölüme ayrılmışdır. Bu virtual bölmələr həqiqi kompressor kademeleri değildir; gaz özelliklerini kademeli biçimde güncelleməlavə və turbin soyutma havasının hangi kompressor noktasından alınactorını seçməlavə üçün kullanılan hesaplama düyünləridir.

Döner detonasyon bölümü təsirn olduğunda çəlavəirdəlavə akışın tamamı değil, optimallaşdırma tarafından belirlenen bir bölümü yeniden ısıtılır. Yeniden ısıtılmış akış, təzyiq salınımlarının strukturlenmesi amacıyla bir qarışdırma kamerasından gecirilir və aştorı təzyiq turbini bölümlerine yönlendirilir. Model eyni zamanda turbin soyudulmasının gerəlavəli olup olmadığını və soyutma havasının yüksək təzyiq kompressorunün hangi virtual pilləsinden çəlavəiləceğini belirleməlavətedir.

Matematiksel modelin ana yapısı nedir?

Model iki sıkı btorlı alt sistemden oluşmaktadır. Termodinamik modul her istasyondaki kütle, enerji və momentum dengelerini çözerəlavə itkiyi, temperaturları, təzyiqları, akış hızlarını və vərimleri hesaplar. Ağırlıq modulü ise ortaya çıkan debi, çap, pillə sayı, səth sahəsi və material parametrlərinden komponent torırlıqlarını tahmin eder. İki modul ardişıq biçimde değil, eyni optimallaşdırma problemi üçünde eş zamanlı çözülür.

Bir motor istasyonundaki kütləvi sərfnin genel biçimi şu əlaqəyle vərilməlavətedir:

\[ \dot{m}_s = \dot{m}_{\pi}\left(FM_s-\sum_{i\in\mathcal{I}}\sum_{s'\in\mathcal{X}_s}SB_{s',i}+\sum_{i\in\mathcal{I}_s}GB_i+\sum_{c\in\mathcal{Z}_s}FAR_c\right)RF_s \]

Burada \(\dot{m}_s\), ilgili motor istasyonundaki kütləvi sərfyi; \(\dot{m}_{\pi}\), çəlavəirdəlavə hava sərfini; \(FM_s\), çəlavəirdəlavə, bypass və ya üçüncü axına btorlı debi çarpanını; \(SB_{s',i}\), kompressorden çəlavəilən soyutma havasını; \(GB_i\), turbine yeniden vərilən soyutma havasını; \(FAR_c\), yanacaq-hava nisbətinı və \(RF_s\), yenidən qızdırılan axın nisbətinı temsil eder. Denklem, motor boyunca hava çəlavəilmesi, yakıt əlavəlenmesi və soğutma akışının yeniden katılması nedeniyle debinin sabit kalmadığını ifadə edir.

Ardişıq motor istasyonları arasındaki ümumi temperatur və ümumi təzyiq değişimleri iki genel nisbətla diaqnozmlanmaktadır:

\[ T_{0s}=T_{0s'}TR_{c,s'} \]

\[ P_{0s}=P_{0s'}PR_{c,s'} \]

\(TR\), komponentin temperatur nisbətinı; \(PR\), təzyiq nisbətinı gösterir. Kompresör, turbin, yanma kamerası, istilik dəyişdiricisi, kanal və ya karışım işlemi üçün uygun fiziki denklem bu iki nisbəta btorlanmaktadır. Böylece motorun tamamı istasyondan istasyona izlenebilən ortak bir yapıda modellenməlavətedir.

Döner detonasyonlu yenidən qızdırma nasıl modellenmiştir?

Döner detonasyon odasının təzyiq kazancı, idealize edilmiş sabit həcmli ısı əlavəleme müddətcine benzetilməlavətedir. Kullanılan temel təzyiq nisbəti şu biçimdedir:

\[ PR_{RDC,\pi42}=\frac{T^{CV}_{0\pi43}}{T_{0\pi42}}\left(\frac{T_{0\pi43}}{T^{CV}_{0\pi43}}\right)^{\frac{\gamma_{\pi43}}{\gamma_{\pi43}-1}} \]

\(PR_{RDC,\pi42}\), fırlanan detonasiya kamerasının tahmini təzyiq nisbətinı; \(T_{0\pi42}\), odaya giriş ümumi sıcaklığını; \(T_{0\pi43}\), həqiqi çıkış ümumi sıcaklığını; \(T^{CV}_{0\pi43}\), eşdəyər sabit həcmli müddətç sıcaklığını və \(\gamma\), xüsusi istilik nisbətinı ifadə edir. Model həqiqi detonasyon dalgalarını zamana btorlı üç boyutlu akış çözümüyle hesaplamamaktadır. Bunun yerine detonasyonlu yanmanın çevrim seviyesindəlavəi olası təzyiq və temperatur təsirini təxminən bir termodinamik btorıntıyla təmsil edir.

Net itki və motor vərimi nasıl hesablanmışdır?

Net itki, çəlavəirdəlavə və ikincil nozullardaki momentum değişimleri ilə nozul çıkış təzyiqlarının ortam basıncından fərqli olmasının oluşturduğu təzyiq itkisinin ümumiıdır:

\[ F_{Net}=\dot{m}_{\pi}\left[V_{\pi9}\left(1+\sum_{c\in\mathcal{Z}}FAR_c\right)-V_{\infty}\right]+A_{\pi9}(P_{\pi9}-P_{\infty})+\dot{m}_{\pi}(\beta+\sigma)(V_{\beta9}-V_{\infty})+A_{\beta9}(P_{\beta9}-P_{\infty}) \]

\(V_{\pi9}\) və \(V_{\beta9}\), çəlavəirdəlavə və ikincil nozul çıkış hızlarını; \(V_{\infty}\), uçuş sürətinı; \(\beta\), bypass nisbətinı; \(\sigma\), üçüncü axın nisbətinı; \(A\), nozul çıkış sahəını və \(P\), təzyiqları göstərir. Optimizasyonda xalis itki, hedeflenen 10, 30 və ya 50 kN dəyərine təxminən \(10^{-12}\) mertebesindəlavəi toleransla eşitlenməlavətedir.

Küresel səmərəlilik, uçtora aktarılan yararlı itki gücünün yakıtla storlanan enerjiye nisbətidır:

\[ \eta_{glob}=\frac{F_{Net}V_{\infty}}{HV\dot{m}_{\pi}\sum_{c\in\mathcal{Z}}FAR_c}=\eta_{th}\eta_{prop} \]

\(\eta_{glob}\), qlobal vərimliliği; \(HV\), yakıtın aştorı istilik dəyəriini; \(\eta_{th}\), ısıl vərimliliği və \(\eta_{prop}\), itki səmərəliliyini temsil eder. Çalışmada Jet-A1 benzeri yakıt üçün ısıl dəyər \(44\times10^6\) J/kg olaraq alınmıştır. Eşitlik, yakıt enerjisinin əvvəl termodinamik çevrimde məlavəanik və jet enerjisine, ardından bu jet enerjisinin yararlı itkiye dönüştürüldüğünü ifadə edir.

Ağırlıq modeli neleri əhatə dairəsiaktadır?

Toplam güc sistemi torırlığı şu şəkilde birleştirilmiştir:

\[ W_{PwP}=W_{add}+W_{struct}+\sum_{c\in\mathcal{C}}W_c \]

\(W_c\), ayrı motor komponentlərinin torırlığını; \(W_{struct}\), yapısal torırlığı; \(W_{add}\), kablolar, btorlantı elemanları və birbaşa modellenmeyen köməkçi sistemləri ifadə edir. Fan, kompressor, yanma kamerası və turbin torırlıqları çap, debi, əlavəsenel hız, pillə sayı və motor gücü gibi dəyişənlerden türetilmiştir.

Isı istilik dəyişdiricisiü torırlığı səth sahəsina btorlı olaraq hesaplanmaktadır:

\[ W_c=2K_{hex}S_c\lambda_c \]

\(K_{hex}=3,6\) kg/m², istilik dəyişdiricisi çəlavəirdeğinin sahə yoğunluğunu; \(S_c\), istilik dəyişdiricisi sahəını; \(\lambda_c\), istilik dəyişdiricisiün kurulup kurulmadığını gösteren ikili dəyişəni temsil eder. İki katsayısı; kapak, kanal və btorlantı borularının istilik dəyişdiricisi çəlavəirdeğine təxminən eşit əlavə kütle oluşturduğu fərziyyəından gelməlavətedir.

Döner detonasyon odasının torırlığı ise yenidən qızdırılan axın nisbətiyla ana yanma kamerası torırlığının xətti miqyaslenmesi üzərindən tahmin edilmiştir:

\[ W_{RDC}=\chi W_{CC} \]

\(\chi\), yeniden ısıtılan çəlavəirdəlavə akış nisbətinı; \(W_{CC}\), ana yanma kamerasının tahmini torırlığını göstərir. Bu basit əlaqə, olgunlaşmış bir fırlanan detonasiya motoru torırlıq vəri tabanı bulunmadığı üçün kullanılan ön dizayn fərziyyəıdır və nəticələrın önemli belirsizliklerinden biridir.

Səmərəlilik ilə torırlıq arasındaki denge nasıl kurulmuştur?

Səmərəlilik və torırlıq fərqli birimlere və sayısal miqyaslere sahip olduğu üçün əvvəl təlavə amaçlı optimallaşdırmalarla iki referans dəyər belirlenmiştir: ulaşılabilən en yüksək qlobal səmərəlilik və ulaşılabilən en aştorı güc sistemi torırlığı. Daha sonra iki amaç normallaşdırılmıştir:

\[ \Theta_{Eff}=\frac{\eta^{Anch}_{glob}-\eta_{glob}}{\eta^{Anch}_{glob}} \]

\[ \Theta_{We}=\frac{W_{PwP}-W^{Anch}_{PwP}}{W^{Anch}_{PwP}} \]

Birleştirilmiş məqsəd funksiyası şu biçimdedir:

\[ \Theta_{Opt}=\alpha_{We}\Theta_{We}+\alpha_{Eff}\Theta_{Eff} \]

\[ \alpha_{We}+\alpha_{Eff}=1 \]

\(\alpha_{Eff}\) büyüdükçe optimallaşdırma vərimliliğe, \(\alpha_{We}\) büyüdükçe aştorı torırlığa daha fazla əvvəllik vərir. Araşdırmaçılar katsayıları 0 ilə 1 arasında 0,025 aralıklarla değiştirerəlavə Pareto cəbhəsini təxminən olaraq oluşturmuştur. Ağırlıqlı ümumi üsuli, qeyri-xətti və dışbükey olmayan bir problemde yalnızca destəlavəlenen Pareto çözümlerini yakalayabildiği üçün ortaya çıkan cephe bütün olası baskın olmayan çözümlerin əlavəsiksiz kümesi değildir.

MS-PABnB alqoritmsı neden fizik bilgili olaraq diaqnozmlanmaktadır?

Standart Dal və Sərhəd alqoritmsı bütün ikili dəyişənleri genel riyazi qərarlar gibi ele alır. MS-PABnB ise qaz turbininin fiziki btorımlılıklarını kullanarak bazı dalların denenmesini gerəlavəsiz kılar. Çalışmada dört temel eleme kuralı tətbiq edilmişdir:

1. Bir istilik dəyişdiricisi kurulmamışsa o istilik dəyişdiricisiün istilik tutumu nisbətinı belirleyen alt qərarlar araştırılmaz.
2. İki istilik dəyişdiricisiün istilik tutumu nisbəti seçicilərinin fərqli dəyərləri fiziki olaraq uygulanamaz çözüm oluşturuyorsa ikinci dəyişən ilkine btorlanır.
3. Bir turbinin soğutması təsirn değilse bütün soyutma havası çəlavəiş noktaları sıfırlanır. Bir çəlavəiş noktası seçildiğinde eyni turbin üçün diğer noktalar araştırılmaz.
4. Bir dalda tətbiq oluna bilən və daha iyi bir mevcut çözüm erkən bulunursa gerəlavəsiz alt dalların araştırılması durdurulur.

Modelde 16 ikili dəyişən vardır. Bunların hiçbir əlaqə kullanılmadan bütün kombinasyonları araştırılsaydı yalnızca ikili yapı üçün \(2^{16}=65.536\) olasılık ortaya çıkacaktı. Fiziksel kurallar, həqiqi dışı və ya birbirini təlavərar eden kombinasyonları çözüm toracının erkən mərhələlərında kaldırmaktadır.

Başlangıç noktaları nasıl yaradılmışdır?

Doğrusal olmayan optimallaşdırmalar başlanğıc dəyərlərine duyarlı olduğu üçün araşdırmaçılar üç mərhələlı bir başlanğıc noktası üretim sistemi geliştirmiştir:

1. Tam faktöriyel təcrübə dizeyni: Toplam hava sərfi, üçüncü axın nisbəti, yenidən qızdırılan axın nisbəti, ümumi təzyiq nisbəti və istilik dəyişdiricisi sahəları belirlenen sınırlar üçünde nümunəlenmiştir.
2. Vəlavəil modelle eleme: AdaBoost sınıflandırıcısı bir aday çevrimin hədəf itkiyi storlayıp storlayamayactorını tahmin etmiştir. Uygulanabilir görülen adayların turbin giriş sıcaklığı LSBoost regresyon modeliyle kestirilmiştir.
3. Yakıt-hava nisbəti belirleme: Elemeden gecen adaylarda hədəf itkiyi qarşılayacak yanacaq-hava nisbəti hesaplanmış; termodinamik məhdudiyyətlərı storlayamayan noktalar çıkarılmıştır.

Yalnızca təcrübə dizeyni kullanıldığında 360 adayın 21'i tətbiq oluna bilən olmuş və fizibilite nisbəti %5,83'te kalmıştır. Vəlavəil model elemesiyle 160 aday tətbiq oluna bilən bulunmuş və nisbət %44,4'e çıkmıştır. Yakıt-hava nisbəti belirleme mərhələsından sonra 319 adayın tətbiq oluna bilən hâle gelmesiyle nisbət %88,6'ya ulaşmıştır.

Model nasıl doğrulanmıştır?

Termodinamik model, üç referans motor sınıfında GASTURB yazılımıyla müqayisə edilmişdir. Kullanılan referanslar təxminən 10 kN sınıfında ALF502L, 30 kN sınıfında PW2040 və 50 kN sınıfında CFM56-2C1 motorlarıdır. Net itki və xüsusi yanacaq sərfindəlavəi farklar bütün sınıflarda %0,1'in altında kalmıştır.

Bununla belə iç motor dəyişənlerinde farklar daha böyüktür. Örneğin 50 kN sınıfında aştorı təzyiq turbini çıxış təzyiqi GASTURB modelinde 70,69 kPa, geliştirilən modelde 65,75 kPa; çəlavəirdəlavə nozulu çıxış sürəti sırasıyla 478,04 və 469,48 m/s hesablanmışdır. Bu səbəbdən doğrulama, ümumi itki və yanacaq sərfi bakımından güçlü uyum gösterse de bütün iç istasyon dəyərlərinin eyni qətilikte eşleştiği şəlavəlinde yorumlanmamalıdır.

Ağırlıq modeli, üç motor böyüklüğünde kommersiya motor vəri tabanlarıyla müqayisə edilmişdir. Orta mutlak yüzde xəta təxminən 10 kN sınıfında %10,8, 30 kN sınıfında %5,6 və 50 kN sınıfında %6,3 olaraq bildirilmiştir. Aynı sınıflardaki xəta standart sapmaları sırasıyla %6,0, %4,9 və %4,6'dır. Bazı təlavəil motorlarda xəta %15-16 səviyyəsine çıkmaktadır.

Alqoritm müqayisəsı ne göstermiştir?

Model, GAMS 50.4.1 və LINDO API 14.0 ortamında Ümumiləşdirilmiş Azaldılmış Qradiyent üsuli kullanılarak çözülmüştür. Hesaplamalarda təxminən 50 çoklu başlanğıc noktası, \(10^{-12}\) fizibilite toleransı və her çözüm üçün 3.600 saniyəlik üst zaman sınırı istifadə edilmişdir.

Model istatistikleri cədvəlsu 483 məhdudiyyət bildirməlavətedir: 451 bərabərlik, 17 kiçik-eşit və 15 böyük-eşit məhdudiyyətı. Bunların 351'i qeyri-xətti, 132'si xəttidır. Toplam 471 dəyişən üçünde 16 ikili dəyişən vardır. Ancak sonuç bölümünde “471 davamlı dəyişən və 16 diskret qərar” ifadesi istifadə edilmişdir. Bu ifade, 471 ümumi dəyişən gösteren cədvəlyla tutarlı değildir və yüklenen sürümde açıklanmayan bir yazım və ya sınıflandırma fərqlilığıdır.

Başlangıç noktası duyarlılığı qrafikleri, üç itki sınıfında da MS-PABnB'nin referans en iyi çözüme ənənəvi çok başlanğıclı Dal və Sərhəd üsulinden daha az başlanğıc noktasıyla yaklaştığını göstərir. 50 kN sınıfında düyün başına hesablama maliyyəti bazı bölgələrde yükselse de, gerəlavəli başlanğıc noktası sayısının azalması ümumi müddət avantajını korumuştur.

Düğüm sayısı qrafikleri, MS-PABnB'nin Pareto cəbhəsi boyunca daha az düyün araştırdığını və çeyrəlavəler arası dtorılımının daha dar olduğunu göstərir. Özellikle 30 kN sınıfında səmərəlilik torırlığının təxminən 0,5-0,6 olduğu bölgəde ənənəvi üsulin düyün sayısı belirgin biçimde yükselirken fizik bilgili yaklaşımda eyni sıçrama görülmemiştir. Normalize edilmiş məqsəd funksiyası qrafiklerinde de MS-PABnB üç sınıfta genel olaraq daha aştorı orta dəyərlər üretmiştir.

Ana motor tasarımı tapıntıları nelerdir?

Seçilən temsilî tasarımlarda ara soyuducu və ısı geri kazanım istilik dəyişdiricisiü hiçbir itki sınıfında kullanılmamıştır. Eşanjörlerin oluşturduğu torırlıq və təzyiq kaybı, seçilən səmərəlilik-torırlıq dengesinde storlayabiləcəlavəleri termodinamik kazancı aşmıştır. Araşdırmaçılar yalnızca vərimliliğe çok yüksək torırlıq vərilən başka Pareto noktalarında istilik bərpasının avantajlı olabildiğini belirtməlavətedir.

30 və 50 kN sınıflarındaki temel kazanç; çəlavəirdəlavə motorun küçültülmesi, akışın bir bölümünün fırlanan detonasiya bölümünde yeniden ısıtılması və bypass ilə üçüncü axın nisbətlərinın yükseltilmesinden doğmuştur. Yeniden ısıtma çəlavəirdəlavə akışın güç yoğunluğunu artırmış; daha kiçik çəlavəirdəlavəle hədəf itkinin korunmasına və fan çevresinden daha fazla hava gecirilmesine imkân vərmiştir.

30 kN tasarımında ONAED, OCA'ya görə qlobal vərimliliği %15,40 artırmış və torırlığı %22,38 azaltmıştır. 50 kN tasarımında səmərəlilik artımı %15,73, torırlıq azalması %18,23'tür. 10 kN sınıfında iki memarlıq neredeyse eyni sonucu vərmiştir: səmərəlilik farkı yalnızca %0,38, torırlıq farkı %0,19'dur.

10 kN sınıfındaki sınırlı kazancın nedeni, hem yeni hem ənənəvi memarlıqnin çəlavəirdəlavə debisi üçün belirlenen 17,57 kg/s alt sınıra ulaşmasıdır. Çəlavəirdeğin daha fazla küçültülememesi, yeni komponentlərin bypass nisbətinı artırmak üçün storlayabiləceği əlavə tasarım serbestliğini sınırlandırmıştır.

Bütün seçilən tasarımlarda ümumi təzyiq nisbəti 33,1 olan üst sınıra ulaşmıştır. Yanma odası çıkış sıcaklığı 10 kN tasarımında təxminən 1.659-1.668 K, 30 və 50 kN tasarımlarında 1.860 K üst sınırındadır. Bu nəticələr, optimallaşdırmaun vərilən məhdudiyyətlər üçünde yüksək təzyiq nisbəti və yüksək tepe sıcaklığını tercih ettiğini göstərir; lakin malzeme ömrü, ayrıntılı soğutma tasarımı və azot oksid oluşumu bütün fiziki ayrıntılarıyla modellenmemiştir.

Pareto qrafikləri nasıl yorumlanmalıdır?

Pareto qrafiklərinde ONAED çözüm uzayı, OCA çözüm uzayını tamamen içerməlavətedir. OCA, yeni memarlıqdəlavəi isteğe btorlı komponentlərin tamamının kapatıldığı özel bir alt problemdir. Bu səbəbdən ONAED'in OCA'dan daha kötü olmaması, yalnızca yeni təlavənolojilərin fiziki başarısından değil, optimallaşdırma probleminin riyazi olaraq daha geniş bir tasarım uzayına sahip olmasından da resurslanmaktadır.

30 və 50 kN sınıflarında iki Pareto cəbhəsi arasındaki ayrım belirgindir. 10 kN sınıfında ise cepheler böyük ölçüde çakışmaktadır. Hiperhacim göstəricisi yeni memarlıqnin referans motora görə baskın olduğu amaç uzayını ölçməlavətedir. Mutlak hiperhəcm kazancı 30 kN sınıfında, ONAED'in OCA'ya görə nisbətsal üstünlüğü ise 50 kN sınıfında daha belirgindir.

Seyir tapşırıqi və emissiya nəticələrı nelerdir?

Seçilən tasarımlar üç temsilî kruiz missiyasınde qiymətləndirilmişdir. Yaklaşık 10 kN sınıfı üçün 2,5 saatlik Canouan-Fort Lauderdale, 30 kN sınıfı üçün 4 saatlik Lihue-Los Angeles və 50 kN sınıfı üçün 8 saatlik São Paulo-Washington seyir bölümleri istifadə edilmişdir. Görevler həqiqi uçuş rotalarından türetilmiş olsa da yeni motorlar həqiqi uçaklara yerleştirilərəlavə uçurulmamıştır.

30 kN sınıfında ONAED'in yanacaq sərfi OCA'ya görə %19,62, referans PW2040 modeline görə %27,64 daha aştorıtür. 50 kN sınıfında azalma OCA'ya görə %21,23, referans motora görə %27,58'dir. Karbondioksit nəticələrı kullanılan sabit yakıt-CO₂ dönüşüm katsayısı nedeniyle yanacaq sərfindəlavəi değişimi eyni yüzdeyle izleməlavətedir.

Azot oksit sonucu her sınıfta eyni yönde değildir. 30 kN ONAED tasarımı referans motordan %8,90, 50 kN tasarımı %22,68 daha aştorı NOx üretmiştir. Buna qarşılık 10 kN ONAED tasarımında NOx, referans ALF502L modelinden %86,86 daha yüksək hesablanmışdır. Araşdırmaçılar bu artımı yüksək yanma temperaturu və bu sınıfta yakıt tasarrufunun sınırlı kalmasıyla əlaqəlendirməlavətedir.

CO₂, yakılan her kilogram Jet-A1 üçün 3,159 kg CO₂ katsayısıyla hesablanmışdır. NOx dəyərləri Boeing Fuel Flow Method 2 temelli təzyiq və temperatur miqyaslanmasıne dayanmaktadır. CO və yanmamış hidrokarbonlar yüksək güçlü seyirde sabit artık emissiya dəyərləriyle modellenmiştir. Dolayısı ilə emissiya cədvəlsu birbaşa egzoz gazı ölçümü değil, tapşırıq boyunca hesaplanan yakıt akışı və ampirik emissiya əlaqəlerinin sonucudur.

Çalışmanın güclü tərəfləri nelerdir?

• Motor memarlıqsi, termodinamik çalışma noktası və torırlıq eyni optimallaşdırma probleminde birleştirilmiştir.
• Yeni memarlıq ilə ənənəvi memarlıq eyni məhdudiyyətlər və eyni model altında müqayisə edilmişdir.
• Termodinamik model üç motor sınıfında GASTURB nəticələrıyla müqayisə edilmişdir.
• Ağırlıq modeli çok sayıda həqiqi motor vərisiyle ayrı olaraq qiymətləndirilmişdir.
• Başlangıç noktası üretimi, vəkil makine öyrənməsi modelleri və fizik tabanlı dal eleme kuralları kəmiyyət olaraq müqayisə edilmişdir.
• Səmərəlilik-torırlıq dengesi təlavə bir tasarım yerine bütün Pareto cəbhəsi boyunca araşdırılmışdır.
• Yakıt və emissiya təsirleri üç fərqli itki və seyir müddətsi sınıfında qiymətləndirilmişdir.

Çalışmanın məhdudiyyətlərı nelerdir?

• Çalışma rəyçi qiymətləndirməsindən keçməmiş bir preprinttir.
• Gerçəlavə motor prototipi, test hüceyrəsi təcrübəi və ya uçuş doğrulaması mövcud deyil.
• Optimizasyon yalnızca seyir tasarım noktasına odaklanmaktadır; qalxma, tırmanış, enmə və dəyişən çalışma koşulları birlikdə optimize edilməmişdir.
• Kompresör və turbin performans haritaları, gecici rejimler və motor kontrol dinamikleri açık biçimde modellenmemiştir.
• Motor kaportası sürüklemesi, hava vasitəsi inteqrasiyası, montaj təsirleri və fan çapının bütün aerodinamik nəticələrı modele dâhil değildir.
• Akustik məhdudiyyətlər və fırlanan detonasiya kamerasının ayrıntılı təzyiq salınımları dəyərlendirilmemiştir.
• Döner detonasyon odası, karıştırma bölümü və istilik dəyişdiricisi torırlıqları təxminən korelasyonlara dayanmaktadır.
• Isı istilik dəyişdiriciləriinin ayrıntılı kanatçık, kanal və akış geometriləri çözülmemiştir.
• Ağırlıqlı ümumi üsuli dışbükey olmayan Pareto cəbhəsinin bütün baskın olmayan noktalarını bulmayı garanti etmeməlavətedir.
• Alqoritmnın qarşılaştırıldığı referans optimum, 150 başlanğıc noktasıyla bulunan en iyi bilinen çözümdür; yüklenen mətnde müstəqil bir qlobal optimalite sertifikası sunulmamaktadır.
• ONAED çözüm uzayı OCA'yı içerdiğinden ONAED'in Pareto üstünlüğünün bir bölümü problem yapısından resurslanmaktadır.
• Yüklenen dosyada atıf yapılan 55-116 numaralı denklemler ilə 12-17 numaralı cədvəlları içeren əlavəler mövcud deyil.

Çalışma nəyi dəstəkləyir?

Çalışma, termodinamik çevrim və torırlıq tahmini birlikdə optimize edildiğinde, özellikle 30 və 50 kN kruiz itki qüvvəsi sınıflarında yenidən qızdırmalı və üçüncü axınlı motor memarlıqlarinin model üçünde ənənəvi iki akışlı tasarımlardan daha iyi səmərəlilik-torırlıq dengeleri üretebildiğini dəstəkləyir. Ayrıca fiziki btorımlılıkları kullanan dal eleme kurallarının eyni həll mühitinda ənənəvi Dal və Sərhəd yaklaşımından daha az düyünle və daha sabit nəticələrla çalışabildiğini göstərir.

Çalışma nəyi sübut etmir?

Çalışma, önerilən motorların üretiləbilir, sertifikatlaşdırıla bilən və ya mevcut hava araçlarına birbaşa takılabilir olduğunu sübut etmir. Hesaplanan torırlıq azalmaları həqiqi üretim motoru tartımları değildir. Yakıt və emissiya dəyərləri uçuşta ölçülməmişdir. Döner detonasyon sisteminin məlavəanik ömrü, gürültüsü, titrəməi, soğutma ihtiyacı və güvənilirliği təsdiqlənməmişdir. Seyir noktasındaki yüksək bypass və kiçik çəlavəirdəlavə tercihinin qalxma və tırmanış performansını qarşılayactorı da gösterilmemiştir.

Türkiyə baxımından üsulsel dəyəri nedir?

Çalışmanın Türkiyə baxımından esas dəyəri, hazır bir motor tasarımı sunmasından çok, fərqli motor komponentlərinin eyni sayısal ortamda seçilmesini və boyutlandırılmasını storlayan üsulsel çərçivəsidir. Gaz turbini, turbofan, yardımcı güç ünitesi və ya başka enerji dönüşüm sistemlerinde çalışan araşdırma əlavəipleri; komponent kurulumu gibi diskret qərarlarla təzyiq nisbəti, debi, temperatur və geometri gibi davamlı dəyişənleri ortak bir MINLP modeli üçünde dəyərlendirebilir.

Bununla belə bu yaklaşımın həqiqi bir mühəndislik programına aktarılabilmesi üçün yüksək doğruluklu hesablama axışqanlar dinamiği, malzeme və ömür analizleri, komponent haritaları, test hüceyrəsi vəriləri, üretim məhdudiyyətlərı və bütün missiya profiliyle doğrulanması gərəkdir. Çalışma bu mərhələlərın yerine gecmeməlavəte; ön dizayn uzayını daraltabiləcəlavə bir hesaplama üsuli önerməlavətedir.

Çalışmanın Metodu və Tapıntıları

Araşdırma dizeyninın təlavənik özeti

Model sabitleri və çalışma koşulları

• İdeal gaz sabiti: 287,05 J/(kg K).
• Yakıt ısıl dəyəri: \(44\times10^6\) J/kg.
• Karıştırma odası üçün IN-738 yoğunluğu: 8.110 kg/m³.
• Isı istilik dəyişdiricisiü sahə yoğunluğu: 3,6 kg/m².
• Toplam təzyiq nisbəti aralığı: 15-33,1.
• Yeniden ısıtılan akış nisbəti aralığı: 0-0,5.
• Ara soğutucu və geri kazanım istilik dəyişdiricisiü səth sahəsi: 0-750 m².
• Deniz seviyesine düzeltilmiş ümumi debi nümunəe aralığı: 17,57-802,4 kg/s.

Termodinamik doğrulama nəticələrı

En önemli kəmiyyət tapıntılar

• Başlangıç noktası fizibilitesi %5,83'ten %88,6'ya yükselmiştir.
• MS-PABnB üç itki sınıfında ənənəvi üsule görə daha az arama düyünü kullanmıştır.
• 30 kN ONAED tasarımında qlobal səmərəlilik 0,442, OCA tasarımında 0,383'tür.
• 30 kN ONAED torırlığı 1.634 kg, OCA torırlığı 2.104 kg'dır.
• 50 kN ONAED vərimliliği 0,412, OCA vərimliliği 0,356'dır.
• 50 kN ONAED torırlığı 2.425 kg, OCA torırlığı 2.966 kg'dır.
• 30 kN kruiz missiyasınde ONAED yanacaq sərfi referans motordan %27,64 daha aştorıtür.
• 50 kN kruiz missiyasınde ONAED yanacaq sərfi referans motordan %27,58 daha aştorıtür.
• 10 kN sınıfında ONAED'in NOx sonucu referans motordan %86,86 daha yüksəktir.

Üsulsel yorum sınırı

Bu nəticələr, diaqnozmlanan dəyişən sınırları, sabit komponent vərimleri, təxminən torırlıq btorıntıları və seyir tasarım noktası üçün gecerlidir. Modelin daha aştorı torırlıq üretmesi, fiziki motorun eyni torırlıqla üretiləbiləceğini təlavə başına göstermez. Benzer şəkilde seyir yakıtındaki azalma, qalxmatan inişe kadar bütün tapşırıq yakıtının eyni nisbətda azalactorını kanıtlamaz.

Mənbə və Metod Notu

• Çalışmanın tam özgün adı: A Physics-Acquainted Branch-and-Bound Algorithm for Multi-Objectivə Mixed-Integer Nonlinear Optimization of Gas Turbine Engines
• Müəlliflər və sıraları: Carlos Ávila Catalán; Jorge Saavədra; Luis Cadarso
• Eş birinci yazarlık: Eş katkı və ya eş birinci yazarlık bilgisi belirtilmemiştir.
• Məsul müəllif: Carlos Ávila Catalán
• Məsul müəllif e-postası: carlos.avila@urjc.es
• Qurum: Univərsidad Rey Juan Carlos, Camino del Molino 5, Fuenlabrada, 28943 Madrid, İspanya
• DOI: 10.2139/ssrn.6945142
• Hakemli dergi: Hakemli bir dergi adı təsdiqlənməmişdir. Dosyada çalışma “Preprint submitted to Elsevier” olaraq diaqnozmlanmaktadır.
• Yayın platforması: SSRN / SSRN Electronic Journal
• Özgün yayınevi və ya platform biznescisi: Elsevier bünyesindəlavəi SSRN
• Yayın ili: 2026
• Mənbə növü: Sayısal modelleme və çoxməqsədli optimallaşdırma araşdırması niteliğinde preprint
• Hakemlik vəziyyəti: Bu çalışma bir preprinttir və rəyçi qiymətləndirməsindən keçməmiştir.
• Resmî preprint btorlantısı:SSRN çalışma sayfası
• DOI btorlantısı:10.2139/ssrn.6945142

Bu Türkçe açıklama, yüklenen çalışmanın metni, formülleri, cədvəlları, mühərrik memarlığı şeması, alqoritm akış şeması, Pareto qrafikləri və emissiya cədvəlları incelenerəlavə hazırlanmıştır. Çalışmada bulunmayan yeni bir bilimsel sonuç, motor performansı və ya tətbiq başarısı əlavəlenmemiştir. Dış resurs kontrolü yalnızca yazar, qurum, DOI, platform və yayın vəziyyətu gibi bibliyoqrafik kimlik bilgilərinin doğrulanması amacıyla istifadə edilmişdir.

Yüklenen dosya 36 sayfada sona erməlavəte, lakin iç sayfa numarsahədırması ümumi 55 sayfaya işaret etməlavətedir. Ana mətnde atıf yapılan əlavə denklemler, model kümeleri, kalibrasyon parametreleri və 12-17 numaralı cədvəllar dosyada mövcud deyil. Bu əlavəsiklik, modelin müstəqil olaraq bütünüyle yeniden kurulmasını və bütün katsayıların denetlenmesini engelleməlavətedir.

Çalışmanın əsas məhdudiyyətləri; seyir tasarım noktasına odaklanması, təcrübəsel motor doğrulaması içermemesi, gecici və tasarım dışı çalışma koşullarını modellememesi, yeni komponentlərin torırlığını təxminən btorıntılarla hesaplaması, ayrıntılı motor-hava vasitəsi inteqrasiyasınu dışarıda bırakması və emissiyaları birbaşa ölçməlavə yerine ampirik üsullerle tahmin etmesidir. Nəticələr bu sınırlar üçünde bir ön dizayn və hesablama üsul çalışması olaraq dəyərlendirilmelidir.