Bu tədqiqat, yaxın kosmos koşullarında azalan hava sıxlığı və Reynolds ədədinın yüksək təzyiq nisbətlı transonik bir mərkəzdənqaçma kompressorude performansı necə düşürdüğünü və təkanların çarx ilə qanadlı diffuzor arasında necə yeniden dtorıldığını incelemiştir. Tədqiqatçılar, NASA CC3 mərkəzdənqaçma kompressoruünün çarx və qanadlı diffuzorünü birlikdə içeren üçölçülü, sürekli rejimli bir sayısal model kurmuş; 0, 10, 20 və 25 km hündürlüyə karşılık gelen giriş koşullarını aynı düzeltilmiş dönme hızında karşılaştırmıştır.

Referans Reynolds ədədi dəniz səviyyəsindeki 5,70 × 10⁵ dəyərinden 25 km’de 2,28 × 10⁴ dəyərine düşmüştür. Aynı aralıkta hesaplanabilən en yüksək ümumi təzyiq nisbəti yaklaşık 4,50’den 3,92’ye, en yüksək izentropiyak səmərəlilik 0,87’den 0,76’ya və en yüksək düzəldilmiş kütlə sərfi yaklaşık 4,90 kg·s⁻¹ dəyərinden 4,45 kg·s⁻¹ dəyərine geriləmiştir. En yüksək izentropiyak səmərəlilikdeki göreli düşüş %12,9’dur.

Kayıp dtorılımı hündürlüklə birlikdə değişmiştir. Deniz seviyesinde toplam ölçüsüz entropiyaya artışının %58’i diffuzorden, %42’si çarxtan mənbəlanmıştır. Reynolds ədədi azaldıkça çarx kaybı daha sürətli artmış; 20 km’de iki biləşen toplam kayba eşit katkı vərir hâle gelmiştir. Bununla belə 10–25 km aralığında diffuzor vərimi %5,72, çarx vərimi isə %4,05 azalmıştır. Bu nəticə, diffuzorün çarx çıkışındaki bozulmuş axın koşullarına daha duyarlı olduğunu göstərir.

Türkiyə baxımından qiymətləndirmə: Bulgular, Türkiyədə yüksək hündürlük uzun havada kalışlı hava araçları, yaxın kosmos platformları, yüksək hündürlük pistonlu motor destek sistemleri, turboşarjlar və kompakt hava sıxlaşdırma makineleri üzerinde çalışan tədqiqat ekipleri üçün yararlı bir mekanizma çerçevəsi sunmaktadır. Türkiyə’ye özgü uygulama üçün modelin yerli kompressor geometriləriyle yeniden kurulması, real giriş bozulmaları və atmosfer koşullarının eklenmesi, zamana btorlı tam halka hesablamaları strukturlması və yüksək hündürlük test düzeneği və ya aştorı təzyiq odasında təcrübəsel validasiya realleştirilmesi gerekir. Tədqiqatdan Türkiyədə kullanılan herhansı bir motorun təzyiq nisbəti, hündürlük sınırı, kararlılık payı, yakıt tüketimi və ya görev performansı birbaşa çıkarılamaz.

Tədqiqatnın ortaya koyduğu temel təkan zinciri şöyledir: Reynolds ədədindaki azalma sərhəd qatının turbulentlika keçidini geciktirmekte, xüsusilikle korpusya yakın sorma səthinde aştorı momentumlu mayəın birikmesini kolaylaştırmakta, yerel ayrılma və burulğan nüvəsi yayılımını artırmakta, çarx çıkışındaki axın buctorını bozmakta və bu bozulmuş axın diffuzorün giriş təkanlarını büyütmektedir.

Tədqiqatın əsas sualı nədir?

Yakın uzay və yüksək hündürlük koşullarında atmosfer basıncı ilə sıxlıq büyük ölçüde azalır. Kompresörün geometrisi və karakteristik hızı değişmese bilə sıxlıqtaki düşüş, axın üçündeki atalet qüvvəlerinin viskoz qüvvəlere nisbətını ifade eden Reynolds ədədinı azaltır. Bu değişim, qanad səthindeki sərhəd qatını, uc boşluğu axınını, çarx çıkışındaki hız dtorılımını və diffuzor təzyiq bərpaını etkiləyebilir.

Tədqiqat yalnızca “kompressor vərimi ne kadar azalır?” sorusunu sormamaktadır. Asıl amaç, performans təkansinın çarx ilə diffuzor arasında necə dtorıldığını və çarx üçünde başlayan axın bozulmasının diffuzor girişine hansı mekanizmayla taşındığını belirlemektir.

Tədqiqatnın ana mekanizma soruları şunlardır:

• Düşük Reynolds ədədi, qanad səthindeki laminar-turbulent keçidi necə değiştirmektedir?
• Düşük momentumlu bölgeler hansı açıqlık mövqelarında yoğunlaşmaktadır?
• Muhafazaya yakın sorma səthinde ayrılma və yerel geri dolaşım gelişmekte midir?
• Uç kaçtorı və burulğan çekirdeklerinin uzamsal kapsamı necə değişmektedir?
• Çark çıkışındaki bozulma diffuzor giriş açısını və diffuzor kaybını necə etkiləmektedir?

NASA CC3 kompressorü niyə seçilmiştir?

NASA CC3, yüksək təzyiq nisbətlı transonik mərkəzdənqaçma kompressorulerin sayısal incelenmesinde kullanılan, geometrisi və təcrübəsel performans vəriləri kamuya açıq bir referans sistemidir. Tədqiqatda qanad profilleri, meridyen kanal koordinatları və temel tasarım xüsusilikleri NASA tasarım raporlarından yeniden oluşturulmuştur.

Şekil 1, kompressorun yuxarıdan, önden və eğik görünümlerini sunmaktadır. Geometri; ana qanadları, ara qanadları, çarx çıkışını və ekoloji olaraq yerleştirilən qanadlı diffuzorü içermektedir. Şekil 2’deki hesablama sahəsi isə tek bir periodik çarx geçidi ilə buna karşılık gelen qanadlı diffuzor geçidini göstərir.

Reynolds ədədi necə müəyyən edilmişdir?

İrtifalar arasında viskoz etkiləri müqayisək üçün referans Reynolds ədədi şu btorıntıyla hesablanmışdır:

\[ Re=\frac{\rho u_2 b_2}{\mu} \]

Burada \(\rho\) giriş havasının yoğunluğunu, \(u_2\) çarx çıkışındaki ekoloji hızı, \(b_2\) çarx çıkışı qanad yüksəkliğini və \(\mu\) havanın dinamik viskozitesini göstərir. Tədqiqatda \(b_2=17\) mm alınmıştır.

Yoğunluk ideal gaz btorıntısıyla hesablanmışdır:

\[ \rho=\frac{p}{RT} \]

Təzyiq və temperatur hündürlüklə birlikdə değiştiği üçün sıxlıq hızla azalmıştır. 25 km’deki sıxlıq dəniz səviyyəsinin yaklaşık %3,2’sine, Reynolds ədədi isə yaklaşık %4’üne düşmüştür.

Neden aynı real dönme hızı kullanılmamıştır?

Farklı hündürlüklarda giriş sıcaklığı değiştiği üçün kompressorler birbaşa aynı mexaniki devirde karşılaştırılsaydı ekoloji Mach sayıları aynı olmayacaktı. Bu niyəle tədqiqatçılar aynı düzeltilmiş dönme hızını korumuş və real mexaniki hızı her hündürlüknın giriş sıcaklığına göre değiştirmiştir.

Düzeltilmiş dönme hızı:

\[ N_{\mathrm{cor}} = \frac{N}{\sqrt{T^*/T_0}} \]

Düzeltilmiş kütlə sərfi isə:

\[ \dot{m}_{\mathrm{cor}} = \dot{m} \frac{\sqrt{T^*/T_0}}{P^*/P_0} \]

biçiminde ifade edilmiştir. Burada \(T_0=288{,}15\) K və \(P_0=101.325\) Pa referans koşullarıdır.

Bu düzenleme, tədqiqatın “aynı real motor devri” değil, aynı aerodinamik düzeltilmiş hız koşullarını karşılaştırdığı anlamına gelmektedir.

Sayısal model necə kurulmuştur?

Üç boyutlu, sürekli, sıkıştırılabilir Reynolds ortalı Navier–Stokes denklemleri ANSYS CFX ilə çözülmüştür. Türbülans üçün SST \(k-\omega\) modeli istifadə edilmişdir. Bu model, duvara yakın axınları və ters təzyiq gradyanı altındaki ayrılmaları çözmeye yönelik bir strukturya sahiptir.

Düşük Reynolds ədədinda laminar-turbulent keçidin değişimini hesaba katmak üçün SST modeli, \(\gamma-Re_\theta\) keçid modeliyle birleştirilmiştir. Model iki ek büyüklüğü izləməktedir:

• Aralıklılık katsayısı \(\gamma\): Sıfıra yaklaştığında laminar və ya keçid hâlindeki, bire yaklaştığında büyük ölçüde turbulent axını ifade etmektedir.
• Momentum kalınlığı Reynolds ədədi \(Re_\theta\): Sınır tabakası keçidinin başlaması və gelişmesiyle ilişkilidir.

Girişte toplam təzyiq, toplam temperatur və eksenel axın istiqaməti; diffuzor çıkışında statik təzyiq müəyyən edilmişdir. Karakteristik eğriləri oluşturmak üçün çıkış geri basıncı kademeli olaraq yükseltilmiştir. Bütün katı səthler sürüşməsiz və adiabatik kabul edilmiştir.

Çark və diffuzor arasında vəri necə aktarılmıştır?

Dönen çarx alanı ilə sabit diffuzor alanı arasında Frozen Rotor arayüzü istifadə edilmişdir. Bu yaklaşım çarx və diffuzorün göreli ekoloji mövqeunu sabit tutarak hız, təzyiq və temperatur düzensizliklerini arayüzden geçirir. Böylece çarx çıkışındaki ekoloji düzensizliğin bir kısmı diffuzor girişine aktarılabilmektedir.

Bununla belə Frozen Rotor və sürekli RANS yaklaşımı aştorıdaki prosesleri fiziki zaman üçünde çözmemektedir:

• Kanat keçid tezlikına btorlı rotor–stator qarşılıqlı təsiri,
• uç kaçtorı girdabının zamana btorlı hareketi və parçalanması,
• dönen stall hücreleri,
• surge salınımları,
• kararlılık sınırı yakınındaki geçici axın strukturları.

Bu niyəle tədqiqatdaki aştorı debili son yakınsamış noktalar real surge sınırını temsil etmemektedir. Tədqiqatçıların kullandığı “hesaplanabilən en yüksək təzyiq nisbəti”, yalnızca sürekli çözümlerin yakınsadığı aralıktaki en yüksək dəyərdir.

Ağ btorımsızlığı necə dəyərlendirilmiştir?

Çark və diffuzor üçün strukturlandırılmış torlar ANSYS TurboGrid ilə üretilmiştir. Ön kənar, arka kənar, uc boşluğu, sorma səthi, diffuzor girişi və diffuzor qanadı ön kənarı gibi yüksək gradyan beklenen bölgeler yerel olaraq inceltilmiştir.

Şekil 3’te çarx səthlerindeki \(y^+\) dəyərlərinin büyük ölçüde birin altında kaldığı görülmektedir. Bu, keçid və SST modellerinin duvara yakın çözüm gereksinimini dəstəkləyir.

Şekil 4 və Tablo 2’ye göre toplam hücre sayısı 494.000’e ulaştıktan sonra daha sık torların təzyiq nisbətina etkisi sınırlı kalmıştır. Bu niyəle diğer hesablamalarda 233.000 çarx və 261.000 diffuzor hücresinden oluşan tor istifadə edilmişdir.

Model NASA təcrübəleriyle ne kadar uyumludur?

Model, dəniz səviyyəsindeki təzyiq nisbəti və izentropiyak səmərəlilik karakteristikleri bakımından NASA təcrübə vəriləriyle müqayisə edilmişdir. Şekil 5 və Şekil 6’da sayısal eğrilər təcrübəsel eğilimleri ümumi olaraq izləməktedir.

• Toplam təzyiq nisbətindaki orta btorıl hata: %8,00
• İzentropiyak vərimdeki orta btorıl hata: %5,56
• Təzyiq nisbətı eğrisindeki orta kütlə sərfi yayınması: %2,58
• Təzyiq nisbətı eğrisindeki en yüksək kütlə sərfi yayınması: %4,87
• Verim eğrisindeki orta kütlə sərfi yayınması: %2,06
• Verim eğrisindeki en yüksək kütlə sərfi yayınması: %5,17

En büyük noktasal farklar boğulmaya yakın dik eğri kolunda görülmüştür. Küçük bir boğulma sınırı kayması, aynı debide büyük təzyiq nisbəti və vərim farkı oluşturabilmektedir. Bu niyəle model ana tədqiqat bölgesindeki göreli değişimleri yoxlamak üçün kullanılmış; real boğulma və ya kararlılık sınırının yüksək doğrulukla tahmini üçün yeterli kabul edilmemiştir.

İrtifa arttığında kompressor performansı necə değişmiştir?

Şekil 7 və Şekil 8, hündürlük arttıkça təzyiq nisbəti və vərim karakteristiklerinin daha aştorı düzeltilmiş debiləre və daha aştorı performans səviyyəlerine kaydığını göstərir.

Deniz seviyesinden 25 km’ye çıkıldığında en yüksək izentropiyak səmərəlilik 0,112 azalmış, yani yaklaşık %12,9 düşmüştür. Yüksek vərimli tədqiqat aralığı da daralmıştır. Bu durum, aştorı Reynolds ədədinın yalnızca təzyiq üretme tutumuni değil, təkanların aştorı tutulabildiği tədqiqat aralığını da sınırladığını göstərir.

Entropi üretimi necə hesablanmışdır?

İdeal gaz üçün özgül entropiya değişimi:

\[ \Delta s = c_p\ln\left(\frac{T_{\mathrm{out}}}{T_{\mathrm{in}}}\right) - R\ln\left(\frac{p_{\mathrm{out}}}{p_{\mathrm{in}}}\right) \]

btorıntısıyla ifade edilmiştir. Tədqiqatçılar kaybı müqayisək üçün üstel ölçüsüz entropiyaya parametresini diaqnozmlamıştır:

\[ s^* = \exp\left(\frac{\Delta s}{R}\right) = \frac{ \left(T_{\mathrm{out}}/T_{\mathrm{in}}\right)^{\kappa/(\kappa-1)} }{ p_{\mathrm{out}}/p_{\mathrm{in}} } \]

İzentropiyak ideal proseste \(s^*=1\)’dir. Viskoz yayınım, şoklar, ayrılma və karışma arttıkça dəyər birin üzerine çıkar.

Üstel parametre doğrusal olaraq toplanamadığı üçün diffuzor kaybı logaritmik entropiya artışı üzerinden ayrıştırılmıştır:

\[ \ln s^*_{\mathrm{diff}} = \ln s^*_{\mathrm{stage}} - \ln s^*_{\mathrm{imp}} \]

Kademe ölçüsüz entropiyaya parametresi 1,246’dan 1,412’ye çıkarak %13,3 artmıştır. Çark parametresi %7,9 yükselmiştir. Difüzör parametresi önce 10 km’de hafifçe azalmış, ardından 20 və 25 km’de belirgin biçimde artmıştır.

Kayıp çarx və diffuzor arasında necə dtorılmıştır?

Biləşenlerin toplam entropiya artışındaki payları:

\[ C_{\mathrm{imp}} = \frac{\ln s^*_{\mathrm{imp}}} {\ln s^*_{\mathrm{stage}}} \times 100 \]

\[ C_{\mathrm{diff}} = \frac{\ln s^*_{\mathrm{diff}}} {\ln s^*_{\mathrm{stage}}} \times 100 \]

btorıntılarıyla hesablanmışdır.

Şekil 9’daki yığılmış sütunlar, dəniz səviyyəsinde diffuzor kaybının baskın olduğunu; Reynolds ədədi azaldıkça çarx kaybının hızla büyüdüğünü göstərir. 20–25 km’de iki biləşen birbirine yakın paylara ulaşmıştır.

Entropi payı ilə biləşen vəriminin düşme nisbətı aynı kavram değildir. 10–25 km arasında:

• Kademe vərimi %9,55,
• Çark vərimi %4,05,
• Difüzör vərimi %5,72

azalmıştır. Şekil 10’daki nəticə, diffuzorün performansının bozulan giriş axınına çarxtan daha duyarlı olduğunu göstərir.

Sınır tabakası keçidi necə değişmiştir?

Şekil 11’de çarx geçidinin açıqlığın %10, %50 və %90 mövqelarındaki turbulentlik aralıklılığı gösterilmektedir. Deniz seviyesinde geçidin büyük kısmı yüksək \(\gamma\) dəyərlərine sahiptir və sərhəd qatı erken biçimde turbulent duruma geçmektedir.

İrtifa yükseldikçe aştorı aralıklılık bölgeleri qanad səthleri boyunca və axın istiqamətinde genişləməktedir. En belirgin genişləmə korpusya yakın, açıqlığın %90 mövqeunda görülmüştür. Bu durum aştorı Reynolds ədədinın keçidi geciktirdiğini və laminar və ya keçid hâlindeki bölgelerin alanını artırdığını göstərir.

Düşük aralıklılık alan nisbətı şu şəkilde müəyyən edilmişdir:

\[ R_{\gamma<0.5} = \frac{A(\gamma<0.5)} {A_{\mathrm{span}}} \times100 \]

Şekil 12’ye göre keçid baskılanması yalnızca qanad ucunda oluşmamış, 25 km’de açıqlığın tamamına yayılmıştır. Bununla belə 20–25 km arasındaki en sürətli artış korpusya yakın kesitte realleşmiştir.

Düşük sürətli axın bölgeleri necə genişləməiştir?

Şekil 13, korpusya yakın span = 0,9 kesitindeki Mach sayı dtorılımlarını göstərir. Deniz seviyesinde aştorı sürətli axın büyük ölçüde duvar çevresinde və geçit çıkışında sınırlı kalmıştır. 20 km’de sorma səthinin orta və arka bölümlerinde daha sürekli bir aştorı sürətli şerit gelişmiş; 25 km’de bu şerit arka kənardaki aştorı sürətli alanla birleşmiştir.

Düşük Mach sayılı alan nisbətı:

\[ R_{Ma<0.4} = \frac{A(Ma<0.4)} {A_{\mathrm{span}}} \times100 \]

olaraq müəyyən edilmişdir.

Şekil 14’te korpusya yakın kesitin bütün hündürlüklarda en yüksək aştorı sürətli alan nisbətına sahip olduğu görülmektedir. 20 km sonrasında bu kesitte alan nisbətı yaklaşık sabit kalmış, ancaq axının biçimi və ayrılma struktursı bozulmaya devam etmiştir. Bu niyəle yalnız alan yüzdesi axının şiddetini tam olaraq açıqlamamaktadır.

Yerel ayrılma nerede gelişmiştir?

Şekil 15’te span = 0,9 kesitinin akım çizgiləri müqayisə edilmişdir. Deniz seviyesinde çizgilər büyük ölçüde düzenli və süreklidir. İrtifa yükseldikçe geçidin orta və arka bölümündeki akım çizgiləri sorma səthine doğru toplanmış və yanal yayınma artmıştır.

Şekil 16’daki büyütülmüş müqayisəda 0 km’de çizgilər kavisli olmakla birlikdə kapalı bir geri dolaşım struktursı oluşturmamaktadır. 25 km’de isə korpus tarafındaki sorma səthi yakınında akım çizgiləri kıvrılarak yerel burulğan benzeri bir ayrılma və geri dolaşım bölgesi meydana getirmiştir.

Bu bulgu, mekanizma zincirinin ilk üç mərhələsını dəstəkləyir:

1. Türbülanslı keçidin gecikməsi,
2. Duvara yakın momentum taşınımının zayıflaması,
3. Ters təzyiq gradyanı altında aştorı momentumlu mayəın birikerek ayrılması.

Üç boyutlu ana axın və burulğan sistemi necə değişmiştir?

Şekil 17’deki üçölçülü akım çizgiləri, dəniz səviyyəsinde ana axının geçit boyunca daha düzenli olduğunu göstərir. 20 və 25 km’de aştorı sürətli bölge genişləməiş, akım çizgiləri sorma səthi və korpusya doğru daha fazla sapmış və yerel dolaşıklık artmıştır.

Şekil 18’de Mach sayı alanı ilə Q-kriteriyası burulğan çekirdekleri birlikdə gösterilmiştir. Deniz seviyesinde burulğan strukturları daha çok qanad ucu və korpus yakınında, nispeten sürekli şeritler hâlindedir. Yüksek hündürlükda burulğan çekirdekleri geçidin iç kısmına doğru yayılmış və daha dtorınık bir geometri oluşturmuştur.

Normalize edilmiş burulğan nüvəsi alanı:

\[ A_Q^* = \frac{A_Q} {A_{Q,0\mathrm{km}}} \]

btorıntısıyla hesablanmışdır.

Şekil 19, burulğan nüvəsi izosəthlerinin uzamsal kapsamının Reynolds ədədi azaldıkça büyüdüğünü göstərir. Bu ölçüt girdabın dönme şiddetini və ya vortisite büyüklüğünü değil, aynı Q eşiğinde diaqnozmlanan izosəth alanını müqayisəktadır. Bundan əlavə nəticələr sürekli RANS çözümündeki zaman ortalı burulğan topolojisini temsil etmektedir.

Çark üçündeki bozulma diffuzore necə aktarılmıştır?

Çark çıkışı ilə diffuzor girişi arasındaki axın buctorı, radyal və ekoloji hız biləşenlerinden hesablanmışdır. Pozitif açı normal dışa doğru radyal taşınımı, neqativ açı isə radyal hız biləşeninin tersine döndüğü anormal yayınma və ya yerel geri axını göstərir.

Şekil 20’de 25 km koşulunda neqativ açılı bölgenin korpus boyunca belirgin biçimde genişlediği görülmektedir. Alan nisbətı 6,60 yüzde puan artarken en aştorı açı çok daha qüvvəli bir ters yayınmaya ulaşmıştır.

Kanatlı diffuzorde giriş axın buctorı, gelen axın ilə diffuzor qanadı ön kənarının uyumunu belirler. Çevresel və açıqlık istiqamətinde fərqlilaşan giriş açıları yerel hücum buctorını, tıkanmayı, ayrılmayı və karışma kaybını artırabilir. Bu niyəle çarx üçündeki aştorı sürətli ayrılmanın etkisi çarx çıkışında sona ermemekte, diffuzor kaybına aktarılmaktadır.

Tədqiqatnın ortaya koyduğu birleşik təkan mekanizması

1. İrtifa yükseldikçe sıxlıq və Reynolds ədədi azalır.
2. Kanat səthindeki laminar-turbulent keçid gecikir.
3. Duvara yakın momentum alışvərişi zayıflar.
4. Özellikle korpus tarafındaki sorma səthinde aştorı sürətli mayə birikir.
5. Ters təzyiq gradyanı altında yerel ayrılma və geri dolaşım gelişir.
6. Uç kaçtorı, ikincil axın və ayrılma bölgeleri arasındaki qarşılıqlı təsir güçlenir.
7. Girdap çekirdekleri geçit üçüne yayılır və ana axın düzeni bozulur.
8. Çark çıkışında neqativ radyal hız və axın buctorı düzensizliği artar.
9. Difüzör giriş uyumu kötüleşir; ayrılma, karışma və təzyiq bərpa təkanları büyür.
10. Çark ilə diffuzor təkanları birlikdə artarak kademe vərimini və tədqiqat aralığını düşürür.

Tədqiqatnın desteklediği nəticələr

• Reynolds ədədinın 5,70 × 10⁵ dəyərinden 2,28 × 10⁴ dəyərine düşmesi, sayısal modelde təzyiq nisbətinı, vərimi və debi tutumuni azaltmıştır.
• En yüksək izentropiyak səmərəlilik 0,87’den 0,76’ya düşmüştür.
• Kademe ölçüsüz entropiyaya parametresi %13,3 artmıştır.
• Deniz seviyesinde diffuzor kaybı baskınken yüksək hündürlükda çarx kaybının payı büyümüştür.
• 25 km’de keçid baskılanması çarx açıqlığının tamamında belirgin hâle gelmiştir.
• Muhafazaya yakın aştorı Mach sayılı alan nisbətı yaklaşık %30’dan %42’ye çıkmıştır.
• Muhafaza tarafındaki sorma səthinde yerel ayrılma və geri dolaşım gelişmiştir.
• Normalize edilmiş burulğan nüvəsi alanı 1,000’dan 1,206’ya yükselmiştir.
• Difüzör girişindeki neqativ axın açılı alan %9,32’den %15,92’ye çıkmıştır.
• En aştorı giriş açısı −20,3°’den −64,5°’ye düşmüştür.
• Çark çıkışı axın bozulması ilə artan diffuzor kaybı arasında tutarlı bir mekanizma ilişkisi kurulmuştur.

Tədqiqatnın kanıtlamadığı nəticələr

• Modelin 20 və ya 25 km’de real bir kompressorun mutlak performansını aynı doğrulukla tahmin ettiği təcrübəsel olaraq gösterilmemiştir.
• Karakteristik eğrilərin aştorı debili son noktaları real surge sınırı değildir.
• Düşük Reynolds ədədinın zamana btorlı stall hücrelerini və rotor–stator qarşılıqlı təsirini necə değiştirdiği çözülmemiştir.
• Girdap çekirdeği alanındaki artış, burulğan şiddetinin aynı nisbətda arttığı anlamına gelmemektedir.
• Difüzör kaybındaki bütün artışın yalnızca neqativ giriş açılarından mənbəlandığı birbaşa kanıtlanmamıştır.
• Farklı kompressor geometrilərinin aynı təkan paylarını və ya eşik hündürlüklarını göstereceği belirlenmemiştir.
• Gerçek uçuş giriş bozulmaları, rütubət, parçacıklar, buzlanma və temperatur düzensizlikleri incelenmemiştir.
• Kanat və ya korpus ısı transferi modellenmemiştir.
• Yapısal gərginlik, yorğunluq, rotor dinamiği və mexaniki təhlükəsizlik dəyərlendirilmemiştir.
• Önerilən hassas bölgeler üçün yeni bir optimize edilmiş geometri və ya təcrübəsel axın kontrolü geliştirilmemiştir.

Tədqiqatnın güclü yönleri

Tədqiqatın güclü istiqaməti, ümumi performans eğrilərini tek başına yorumlamak yerine kademe, çarx və diffuzor təkanlarını aynı modelde birlikdə yoxlamasidir. Entropi artışının biləşenlere ayrılması, aştorı Reynolds ədədinın yalnızca diffuzorü və ya yalnızca çarxı etkilədiği biçimindeki tek biləşenli açıqlamaları sınırlandırmaktadır.

İkinci güclü yön, təkan artışının birbirini tamamlayan çok sayıda axın göstəricisiyle izlenmesidir. Geçiş aralıklılığı, aştorı Mach sayılı alan, akım çizgiləri, Q-kriteriyası burulğan çekirdekleri və diffuzor giriş açısı aynı mekanizma zincirinde dəyərlendirilmiştir.

Üçüncü güclü yön, NASA təcrübəleriyle strukturlan temel validasiyanın yalnızca görsel eğri benzerliğine bırakılmaması; təzyiq nisbəti, vərim və kütlə sərfi yayınmalarının sayısal olaraq raporlanmasıdır.

Başlıca məhdudiyyətlar

Model yüksək hündürlüklarda təcrübəsel olaraq doğrulanmamışdır. 0 km validasiyasındaki orta təzyiq nisbəti hatası %8,00 və vərim hatası %5,56’dır. Bu hata səviyyəi, yüksək hündürlükdaki küçük performans farklarının mutlak hassasiyetle yorumlanmasını sınırlandırmaktadır.

Tədqiqat sürekli RANS və tek geçitli Frozen Rotor modeline dayanmaktadır. Zamana btorlı qanad keçid etkiləri, tam halka düzensizlikleri, stall başlangıcı və surge dinamiği birbaşa çözülememektedir.

NASA CC3 geometrisi yayımlanmış koordinatlardan yeniden kurulmuştur. Gerçek təcrübə donanımıyla küçük geometrik fərqlilıklar, uc boşluğu qeyri-müəyyənlikleri və sərhəd şərtləri validasiya farklarına katkı storlayabilir.

Bütün duvarlar adiabatik kabul edilmiştir. Yüksek hündürlük uçuşunda duvar sıcaklığı və ısı transferinin keçid davranışına etkisi bu tədqiqat kapsamında dəyərlendirilmemiştir.

Giriş koşulları standart atmosfer dəyərlərine dayanmaktadır. Gerçek hava aracının hava girişi, manevrası, sərhəd qatı yutması və ya ekoloji giriş bozulması modele eklenmemiştir.

Metnin giriş bölümündeki bazı literatür atıfları “Error! Reference source not found.” biçiminde bozulmuştur. Bu durum tədqiqat bulgularını birbaşa değiştirmemekle birlikdə mənbə izlenebilirliği və yayın hazırlığı açısından düzeltilmesi gereken bir biçimlendirme sorunudur.

Tədqiqatnın Yöntemi və Bulguları

Sayısal üsul xülasəi

Ana performans değişimleri

Şekillerin bilimsel mesajları

• Şekil 1: NASA CC3 kompressorunün yuxarıdan, önden və eğik geometrik görünümlerini göstərir.
• Şekil 2: Ana qanad, ara qanad, uc boşluğu, periodik səthler və qanadlı diffuzorü içeren hesablama sahəsinı sunmaktadır.
• Şekil 3: Çark duvarlarındaki \(y^+\) dəyərlərinin yakın duvar çözümü üçün aştorı tutulduğunu göstərir.
• Şekil 4: Toplam hücre sayısı yaklaşık 494.000’e ulaştıktan sonra təzyiq nisbətinın tor inceltmesine sınırlı həssaslıq gösterdiğini ortaya koymaktadır.
• Şekil 5: Sayısal və təcrübəsel təzyiq nisbəti karakteristiklerini, ana tədqiqat və boğulmaya yakın bölgeleri müqayisəktadır.
• Şekil 6: Sayısal və təcrübəsel izentropiyak səmərəlilik eğrilərinin ana tədqiqat bölgesindeki uyumunu göstərir.
• Şekil 7: İrtifayla təzyiq nisbəti eğrilərinin aştorı və daha aştorı debiləre kaydığını göstərir.
• Şekil 8: En yüksək vərimin və yüksək vərimli tədqiqat aralığının hündürlüklə azaldığını göstərir.
• Şekil 9: Entropi artışının çarx ilə diffuzor arasındaki dtorılımını və hündürlüklə değişen katkı nisbətlarını göstərir.
• Şekil 10: Kademe, çarx və diffuzor vərimlerinin 10–25 km arasında düştüğünü; en büyük biləşen vərim kaybının diffuzorde oluştuğunu göstərir.
• Şekil 11: Açıklığın üç mövqeunda aştorı aralıklılık bölgelerinin hündürlüklə qanad səthi boyunca genişlediğini göstərir.
• Şekil 12: Düşük aralıklılık alan nisbətının xüsusilikle 20 km sonrasında hızla arttığını göstərir.
• Şekil 13: Muhafazaya yakın kesitte aştorı Mach sayılı alanın sorma səthi və geçit çıkışı boyunca büyüdüğünü göstərir.
• Şekil 14: Düşük sürətli alan nisbətının bütün açıqlık mövqelarında arttığını və en yüksək dəyərin korpus yakınında kaldığını göstərir.
• Şekil 15: İrtifayla akım çizgilərinin düzeninin bozulduğunu və sorma səthi istiqamətinde yanal yayınmanın arttığını göstərir.
• Şekil 16: Deniz seviyesinde bulunmayan belirgin yerel geri dolaşımın 25 km’de geliştiğini göstərir.
• Şekil 17: Çark üçündeki üçölçülü ana axının yüksək hündürlükda daha dtorınık və düzensiz hâle geldiğini göstərir.
• Şekil 18: Düşük sürətli alanlarla Q-kriteriyası burulğan çekirdeklerinin daha fazla örtüştüğünü və burulğanların geçit üçüne yayıldığını göstərir.
• Şekil 19: Normalize edilmiş burulğan nüvəsi alanının hündürlüklə 1,000’dan 1,206’ya yükseldiğini göstərir.
• Şekil 20: 25 km’de diffuzor girişindeki neqativ axın açılı bölgelerin daha geniş və daha şiddetli olduğunu göstərir.

Yöntemsel yorum

Tədqiqatnın bulguları, aştorı Reynolds ədədi etkisinin basit bir vərim düzeltme katsayısı olaraq dəyərlendirilmemesi gerektiğini göstərir. Viskozite etkisi önce sərhəd qatını, ardından geçit üçündeki üçölçülü axın struktursını və son olaraq biləşen eşleşmesini değiştirmektedir.

Özellikle korpus tarafındaki sorma səthi, çarx çıkışı və diffuzor girişi kritik bölgeler olaraq belirlenmiştir. Gelecekteki tasarım tədqiqatları yalnızca çarxın tek başına vərimini artırmak yerine şu amaçları birlikdə qiymətləndirməlidir:

• Muhafazaya yakın aştorı sürətli alanı sınırlandırmak,
• Emme səthi arka bölgesindeki ayrılmayı geciktirmek,
• uç kaçtorı burulğanlarının geçit üçüne yayılımını azaltmak,
• çarx çıkış axın buctorını diffuzor qanadlarıyla daha iyi eşleştirmek,
• çarx və diffuzorü bütünleşik biçimde optimize etmek.

Kaynak və Yöntem Notu

Tədqiqatnın tam özgün adı:Low-Reynolds-number effects on a transonic centrifugal compressor under near-space conditions: Performance degradation and coupled impeller–diffuser loss evolution

Yazarlar və sıraları: Shaohua Lv; Yunxiao Wang; Shen Gao; Siwei Li; Yanxing Zhao; Maoqiong Gong.

Eş birinci müəllif və ya eş katkı bilgisi: Tədqiqatda yer almır.

Sorumlu müəllif: Yanxing Zhao.

Kurumsal btorlantılar:

1. State Key Laboratory of Cryogenic Science and Technology, Technical Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Pekin, Çin.
2. School of Advanced Interdisciplinary Sciences, Univərsity of Chinese Academy of Sciences, Pekin, Çin.

DOI: 10.2139/ssrn.7201739.

Yayın platformu: SSRN.

Dergi: Tədqiqatda kabul edilmiş və ya yayımlanmış bir hakemli dergi adı yer almır.

Özgün yayınevi: Hakemli nihai yayın bulunmadığından doğrulanmış bir makale yayınevi yoktur. SSRN, Elsevier bünyesinde işletilən bir preprint və erken tədqiqat paylaşım platformudur.

Yayın yılı: 2026.

Kaynak türü: NASA CC3 təcrübə vəriləriyle dəniz səviyyəsinde doğrulanan üçölçülü, sürekli RANS və keçid modeli tabanlı sayısal tədqiqat preprinti.

Hakemlik durumu: Tədqiqat resenziyadan keçməmişdir. Bulgular erken tədqiqat nəticələri olaraq dəyərlendirilmelidir.

Resmî mənbə btorlantısı:https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=7201739

Yazar katkıları: Shaohua Lv ilk taslak, validasiya, yazılım və vəri düzenleme; Yunxiao Wang yoxlama-düzenleme, biçimsel analiz və kavramsallaştırma; Shen Gao yoxlama-düzenleme və üsul; Siwei Li yoxlama-düzenleme və üsul; Yanxing Zhao yoxlama-düzenleme, mənbəlar, biçimsel analiz və kavramsallaştırma; Maoqiong Gong danışmanlık və mənbəlar görevlerini üstlenmiştir.

Fon desteği: Tədqiqat Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfının 52322602 və 52227811 numaralı destekleriyle finanse edilmiştir.

Çıkar çatışması: Yazarlar, tədqiqatyı etkiləyebiləcek bilinen bir mali çıkar və ya kişisəl ilişki bulunmadığını bildirmiştir.

Bu türkcə açıqlama yüklenen tədqiqatın 65 sayfası; başlık və müəllif bilgiləri, denklemler, altı cədvəl, Şekil 1–20, eklenen yüksək ayırdetməli axın alanları, performans qrafleri, tor strukturları, aralıklılık dtorılımları, Mach sayı alanları, akım çizgiləri, burulğan çekirdekleri və diffuzor giriş açısı haritaları incelenerek hazırlanmıştır. Bilimsel içerik yalnızca tədqiqatın üsullari, sayısal nəticələri və kendi qiymətləndirməlerine dayandırılmıştır.

Dış mənbə kontrolü yalnızca özgün başlık, müəlliflər, SSRN kaydı, DOI və preprint durumunun bibliyoqraf doğrulanması amacıyla istifadə edilmişdir. Tədqiqatda bulunmayan dış aerodinamik nəticələr açıqlamaya eklenmemiştir.

Başlıca üsulsel məhdudiyyətlar; yüksək hündürlük koşullarında btorımsız təcrübəsel validasiya bulunmaması, sürekli RANS və Frozen Rotor yaklaşımının zamana btorlı rotor–stator qarşılıqlı təsirini çözememesi, real stall və surge sınırlarının belirlerütubətemesi, tek geçitli periodik model kullanılması, duvarların adiabatik kabul edilmesi və real uçuş giriş bozulmalarının hesaba katılmamasıdır.

Tədqiqatdaki “hesaplanabilən en yüksək təzyiq nisbəti” real surge sınırındaki təzyiq nisbəti olaraq yorumlanmamalıdır. Benzer şəkilde normalize edilmiş Q-kriteriyası alanı burulğan çekirdeklerinin uzamsal kapsamını ifade etmekte, burulğan şiddetini birbaşa ölçmemektedir.

Giriş bölümündeki bazı literatür btorlantıları “Error! Reference source not found.” biçiminde bozulmuştur. Bu mənbə biçimlendirme sorunu, nihai hakemli sürüm hazırlanırken düzeltilmelidir.