Bu araşdırma ikişaftlı və üçşaftlı beş yüksək bypasslı turbofan mühərrik konfiqurasiyasını 20 illik həyat dövrü xərci, ekserqo-iqtisadi performans və ekoloji göstəricilər baxımından müqayisə edir. Hesablama modelləri mühit temperaturu, nisbi rütubət, uçuş Mach sayı və hündürlük kimi iş şəraiti dəyişdirilərək qiymətləndirilmişdir. Model nəticələrində yanacaq sərfi ümumi saatlıq həyat dövrü xərcinin təxminən %60–75-ni təşkil edərək ən böyük xərc komponenti olmuşdur. Mühit temperaturu, kruiz hündürlüyü və Mach sayı iqtisadi və termodinamik nəticələri nəzərəçarpacaq dərəcədə dəyişdirdiyi halda, nisbi rütubətin təsiri daha məhdud qalmışdır. Qalxışda ekserji məhvi və komponent səmərəsizlikləri iqtisadi itkilərdə önə çıxarkən, kruiz şəraitində kapital investisiya xərclərinin nisbi əhəmiyyəti artmışdır. Tədqiqatın əsas məhdudiyyəti nəticələrin fiziki donanma sınağına deyil, doğrulanmış hesablama mühərrik modellərinə və müəyyən iqtisadi fərziyyələrə əsaslanmasıdır.

Tədqiqat həmçinin yalnız saatlıq xərc dərəcəsinə baxmağın mühərrikin real termo-iqtisadi vəziyyətini izah etmək üçün kifayət etməyə biləcəyini göstərir. Məsələn, mühit temperaturunun və ya hündürlüyün yüksəlməsi bəzi şəraitlərdə ümumi xərc dərəcəsini azaldarkən vahid faydalı ekserji başına xərci artıra bilər. Bunun əksinə olaraq, araşdırılan Mach intervalında daha yüksək Mach sayı nozullarda ekserji çıxışını artırarkən xüsusi ekserji xərcini azaltmışdır. Buna görə “saatda daha aşağı xərc” ilə “istehsal olunan faydalı ekserji vahidi başına daha yaxşı iqtisadi performans” eyni anlayış deyil.

Ekoloji qiymətləndirmədə də tək bir göstərici bütün mənzərəni izah etmir. Ekserjiyə əsaslanan ekoloji məhvetmə əmsalı və ekoloji məhvetmə indeksi kruizdə qalxışa nisbətən azalarkən, ekoloji yaxşılıq indeksi yüksəlmişdir. Bununla belə, istehsal olunan dartı vahidi başına xüsusi CO₂ emissiyası bütün hallarda kruiz şəraitində daha yüksək olmuşdur. Beş konfiqurasiya arasında Vaka 3 qalxış və kruizdə ekserjiyə əsaslanan üç ekoloji göstəricidə ən əlverişli performansı göstərmiş; xüsusi CO₂ baxımından isə qalxışda Vaka 3, kruizdə Vaka 2 ən aşağı dəyəri vermişdir.

Türkiyə baxımından: Nəticələr Türkiyədə istifadə edilən və ya qiymətləndiriləcək kommersiya turbofan sistemləri üçün mühit temperaturu, uçuş profili, hündürlük və mühərrik arxitekturasının birlikdə nəzərə alınmalı olduğunu göstərən metodoloji çərçivə təqdim edə bilər. Lakin tədqiqatın iş şəraiti xüsusilə Körfəz regionunu və Küveyt iqlimini təmsil edəcək şəkildə seçilmiş, iqtisadi modeldə də müəyyən yanacaq qiyməti, iş saatı, diskont dərəcəsi və texniki xidmət xərci fərziyyələrindən istifadə edilmişdir. Buna görə tədqiqatdakı dollar/saat dəyərlərinin və ya mühərrik sıralamalarının Türkiyədəki hava limanlarına, donanma missiya profillərinə, texniki xidmət müqavilələrinə və yanacaq xərclərinə birbaşa köçürülməsi uyğun deyil; yerli məlumatlarla yenidən doğrulama tələb olunur.

Araşdırmanın əsas sualı nədir?

Tədqiqatın çıxış nöqtəsi yüksək bypasslı turbofanların yalnız termodinamik səmərəlilik baxımından qiymətləndirilməsinin mühərrik seçimi və uzunmüddətli istismar qərarları üçün kifayət etməməsidir. Bir mühərrik daha yüksək termodinamik performans göstərə bilər; lakin investisiya xərci, texniki xidmət xərcləri, yanacaq sərfi və ekserji məhvi birlikdə nəzərə alındıqda fərqli iqtisadi nəticə ortaya çıxa bilər. Eyni şəkildə, aşağı ümumi yanacaq sərfi istehsal olunan faydalı dartı və ya ekserji vahidi başına ən aşağı ekoloji yük demək olmaya bilər.

Araşdırmaçılar buna görə daha əvvəl eyni beş konfiqurasiya üçün hazırladıqları enerji və ekserji analizini genişləndirərək üç əsas suala fokuslanmışdır: mühərriklərin 20 illik həyat dövrü xərci müxtəlif iş şəraitlərində necə dəyişir; ekserji məhvi ilə kapital və istismar xərcləri komponent səviyyəsində necə xərcə çevrilir; və bu mühərriklərin CO₂ və ekserjiyə əsaslanan ekoloji performans göstəriciləri qalxış və kruizdə necə fərqlənir?

Beş turbofan konfiqurasiyası necə yaradılıb?

Araşdırılan beş hal kommersiya aviasiyasında istifadə edilən real yüksək bypasslı mühərriklərdən ilhamlanmışdır. Tədqiqat bunları real mühərriklərdən alınmış ayrı-ayrı donanma ölçmələri kimi deyil, müxtəlif arxitektura və performans xüsusiyyətlərini təmsil edən hesablama konfiqurasiyaları kimi istifadə edir.

İkişaftlı quruluşda fan, aşağı təzyiq kompressoru və aşağı təzyiq turbini ilə yüksək təzyiq kompressoru və yüksək təzyiq turbini iki əsas şaft sistemi üzərindən təşkil olunduğu halda, üçşaftlı quruluşda bunlara orta təzyiq kompressoru və orta təzyiq turbini əlavə olunur. Tədqiqat göstərir ki, üçşaftlı arxitekturada sıxılma və genişlənmə işinin daha çox mərhələyə paylanması bəzi komponentlərdə ekserqo-iqtisadi yükü daha balanslı edə bilər.

Model hansı əsas fərziyyələrə söykənir?

Mühərrik modelləri stasionar vəziyyət şəraitində həll edilmişdir; keçid rejimləri nəzərə alınmamışdır. Mühərrik giriş havası və işlənmiş qazlar temperaturdan asılı termofiziki xüsusiyyətlərə malik ideal qaz qarışıqları kimi modelləşdirilmiş, işçi axının sızması nəzərə alınmamış və potensial ekserjidəki dəyişikliklər hesaba qatılmamışdır. Yanacağın tam yandığı, azotun reaksiyada iştirak etməyən növ kimi davrandığı və bütün konfiqurasiyalarda Jet A-1 istifadə edildiyi fərz edilmişdir. Yanma kamerasındakı istilik enerjisi itkisi ümumi istilik ayrılmasının %2-si kimi götürülmüşdür. Referans mühit şərtləri 288,15 K və 101,3 kPa-dır.

Həyat dövrü xərci necə hesablanıb?

Həyat dövrü xərci (Lifecycle Costing, LCC), mühərrikin ilkin investisiya xərci ilə istismar-texniki xidmət və yanacaq xərclərini 20 illik xidmət müddəti boyunca birləşdirir və ömrün sonunda qırıntı/qalıq dəyərini çıxır. Mənbədə Tənlik (1) belə verilir:

\[ LCC = C_{inst} + \left[C_{O\&M}+C_{fuel}\right]H-C_{salvage} \]

Mənbə qeydi: Tənlikdə ilkin investisiya xərci simvolu \(C_{inst}\) kimi görünür, dərhal sonrakı mətn izahında isə eyni anlayış üçün \(C_{ini}\) istifadə olunur. Mənbədəki bu simvol fərqi burada olduğu kimi qorunmuş və səssizcə vahid formaya salınmamışdır.

Gələcək illik ödənişləri başlanğıc ilində ekvivalent iqtisadi dəyərə çevirmək üçün indiki dəyər üsulundan istifadə edilmişdir:

\[ PV=A_0\sum_{t=1}^{n}\frac{1}{(1+d)^t} = A_0\frac{(1+d)^n-1}{d(1+d)^n} \]

Burada \(A_0\) illik bərabər ödəniş, \(d\) diskont dərəcəsi və \(n\) qiymətləndirmə müddətidir. Analizdə istifadə olunan əsas maliyyə fərziyyələri bunlardır:

Müxtəlif illik iş müddətləri mühərriklərin əlaqələndirildiyi qısa/orta və uzun mənzilli missiya profillərini təmsil etmək üçün istifadə edilmişdir. Buna görə hallar arasındakı ümumi xərc fərqlərinə yalnız mühərrik səmərəliliyi deyil, illik istifadə müddəti fərziyyələri də təsir edir.

Yanacaq niyə həyat dövrü xərcinin mərkəzindədir?

Beş halın hamısında yanacaq xərci 20 illik modelləşdirmə dövrü boyunca ümumi saatlıq həyat dövrü xərcinin təxminən %60–75-ni təşkil edir. Bu nəticə mühərrikin yanacaq sərfini dəyişdirən iş şəraitlərinin uzunmüddətli xərc sıralamasına da güclü təsir göstərə biləcəyini ifadə edir.

Qalxış analizində mühit temperaturu 288 K-dən 320 K-yə qaldırıldıqda Vaka 3-ün saatlıq həyat dövrü xərci qrafikdən təxminən 10.500 ABŞ$/saatdan 9000 ABŞ$/saata düşür. Mənbə bu fərqi təxminən 1500 ABŞ$/saat kimi şərh edir. Vaka 4 və Vaka 5-də temperaturdan asılı fərq təxminən 1000 ABŞ$/saat olduğu halda, Vaka 2-nin təxminən 200 ABŞ$/saat ilə ən aşağı temperatur həssaslıqlarından birini göstərdiyi bildirilir.

Bu ilk baxışda təəccüblüdür; çünki 288 K şəraitində termodinamik performans daha əlverişlidir. Araşdırmaçıların izahına görə 320 K-də daha aşağı hava sıxlığı mühərrikdən keçən ümumi hava kütlə axınını və mütləq yanacaq axınını azaldaraq saatlıq yanacaq xərcini aşağı sala bilər. Lakin bu, isti mühitin mühərriki termo-iqtisadi baxımdan daha səmərəli etməsi demək deyil. Sonrakı ekserqo-iqtisadi analiz temperatur yüksəldikcə faydalı ekserji çıxışının daha sürətlə azala və vahid ekserji xərcinin arta bildiyini göstərir.

Nisbi rütubət niyə ikinci dərəcəli dəyişən olaraq qaldı?

Nisbi rütubət %30-dan %100-ə qaldırıldıqda həyat dövrü xərcindəki dəyişikliklər mühit temperaturu, Mach sayı və hündürlük təsirlərinə nisbətən çox daha kiçikdir. Monte Carlo qeyri-müəyyənlik qiymətləndirməsində rütubət dəyişməsinin saatlıq LCC təsiri 18–304 ABŞ$/saat aralığında qalmış və trendin istiqamət dəyişdirmə ehtimalı %36 hesablanmışdır. Buna görə araşdırmaçılar nisbi rütubəti iqtisadi baxımdan ikinci dərəcəli sürücü kimi təsnif edirlər.

Ekserqo-iqtisadi komponent analizində də oxşar mənzərə ortaya çıxır. Vaka 5-də yanma kamerasının ümumi ekserji məhvi və kapital xərci təxminən 2200 ABŞ$/saat olduğu halda, nisbi rütubətin %30-dan %100-ə qaldırılması bu dominant xərc quruluşunu nəzərəçarpacaq dərəcədə dəyişmir. Ən görünən fərq orta təzyiq turbinində müşahidə edilmiş və mənbə bunu %6-dan bir qədər artıq dəyişiklik kimi təsvir etmişdir.

Mach sayı ilə bağlı mənbə niyə diqqətlə oxunmalıdır?

Tədqiqatın müxtəlif analiz səviyyələri Mach sayının müxtəlif iqtisadi göstəricilərə təsirini eyni şəkildə göstərmir. Şəkil 3-ün ədədi izahında Vaka 3 üçün Mach 0,90-da saatlıq həyat dövrü xərci təxminən 4000 ABŞ$/saat verilir, Mach 0,65-də isə bunun təxminən 600 ABŞ$/saat daha aşağı olduğu bildirilir. Vaka 4 və Vaka 5 üçün də aşağı Mach dəyərində daha aşağı saatlıq LCC təsvir edilir.

Bundan dərhal sonrakı izah isə araşdırılan yüksək Mach sayının daha yaxşı yanacaq səmərəliliyi və daha aşağı həyat dövrü xərci verdiyini bildirir. Bu iki təsvir bir-biri ilə tam uyğun deyil. Buna görə mənbə məlumatına sadiq qalındıqda Mach sayının saatlıq LCC üzərində istiqaməti üçün vahid və ziddiyyətsiz nəticə vermək mümkün deyil.

Bunun əksinə olaraq, ekserqo-iqtisadi nozul analizi daha aydın trend göstərir: Vaka 3-də Mach sayı 0,65-dən 0,90-a yüksəldikcə fan və nüvə nozullarının ümumi xərc dərəcəsi artır, xüsusi ekserji xərci isə azalır. Araşdırmaçılar bunu daha güclü ram effektinin giriş stagnasiya təzyiqi və temperaturunu yüksəltməsi, ekserji çıxışının xərc artımından daha sürətli böyüməsi ilə izah edirlər. Beləliklə, daha yüksək Mach sayı üçün etibarlı şəkildə deyilə bilən nəticə araşdırılan intervalda xüsusi ekserji xərcinin yaxşılaşmasıdır; bunun saatlıq həyat dövrü xərci ilə eyni olmadığı xüsusi olaraq ayrılmalıdır.

Hündürlük xərc və ekserji performansını necə dəyişir?

Kruiz hündürlüyü 8000 metrdən 11.000 metrə qaldırıldıqda Şəkil 3-də bütün hallarda saatlıq sahiblik xərcinin azaldığı görünür. Vaka 3 üçün təxminən 1200 ABŞ$/saat azalma bildirilərkən, Vaka 4 üçün təxminən 750 ABŞ$/saat, Vaka 5 üçün təxminən 600 ABŞ$/saat və digər iki hal üçün təxminən 300 ABŞ$/saat azalma qeyd edilir.

Lakin nozul səviyyəsində xüsusi xərc qiymətləndirilməsi başqa ölçü ortaya qoyur. Vaka 1-də 8000–11.000 m arasında hündürlük artdıqca fan və nüvə nozullarının ümumi xərc dərəcəsi azalır, faydalı ekserji vahidi başına xərc isə artır. Daha aşağı hava sıxlığı və kütlə axını sistemin saatlıq iqtisadi yükünü azaldarkən faydalı ekserji istehsalını daha da sürətlə azalda bilər. Buna görə daha aşağı saatlıq xərc təkbaşına daha yüksək termo-iqtisadi səmərəlilik kimi oxunmamalıdır.

Qeyri-müəyyənlik analizi əsas meylləri nə dərəcədə dəstəklədi?

Həyat dövrü xərci nəticələrinin iqtisadi fərziyyələrə həddindən artıq həssas olub-olmadığını yoxlamaq üçün 50.000 Latin Hypercube nümunəsi ilə Monte Carlo qeyri-müəyyənlik yayılması tətbiq edilmişdir. İlkin kapital xərci və yanacaq xərci üçün ±%15 üçbucaqlı paylanma, diskont dərəcəsi üçün %2–4, istismar və texniki xidmət əmsalı üçün %4–6, qalıq dəyəri üçün %5–15 üçbucaqlı paylanma istifadə edilmiş; illik iş saatları ±%5 məhdudlaşdırılmış normal paylanma ilə təmsil edilmişdir. Parametrlərin bir-birindən müstəqil olduğu fərz edilmişdir.

Monte Carlo analizi mühit temperaturu və hündürlük təsirlərinin istifadə olunan iqtisadi qeyri-müəyyənliklər altında qorunduğunu göstərir. Mach dəyişməsinin böyüklük fərqi də nümunələmə altında dayanıqlı qalmışdır; lakin mənbədə yuxarıda izah edilən LCC istiqaməti ilə bağlı mətn ziddiyyəti olduğuna görə Monte Carlo nəticəsi bu redaksiya ziddiyyətini aradan qaldırmır.

Ekserqo-iqtisadi analiz nəyi ölçür?

Ekserqo-iqtisadi analiz komponentdəki termodinamik geri dönməzlik ilə həmin komponentin kapital və istismar xərcini eyni qiymətləndirmə çərçivəsində birləşdirir. Stasionar vəziyyətdə olan komponentin xərc balansı mənbədə belə təyin edilmişdir:

\[ \sum_e \dot{C}_{e,k}+\dot{C}_{w,k} = \dot{C}_{q,k}+\sum_i\dot{C}_{i,k}+\dot{Z}^{T}_{k} \]

Burada \(\dot{C}_{i,k}\) və \(\dot{C}_{e,k}\) giriş və çıxış ekserji axınlarının xərc dərəcələrini, \(\dot{C}_{w,k}\) iş ötürülməsinin, \(\dot{C}_{q,k}\) istilik ötürülməsinin xərc dərəcəsini və \(\dot{Z}^{T}_{k}\) komponentin investisiya ilə istismar-texniki xidmət xərcini təmsil edir.

Komponentdə məhsul ekserjisinin vahid xərcinin yanacaq ekserjisinin xərcinə nisbətən nə qədər yüksəldiyi nisbi xərc fərqi \(r_k\) ilə ifadə edilir:

\[ r_k= \frac{c_{p,k}-c_{f,k}}{c_{f,k}} = \frac{1-\eta_{ex,k}}{\eta_{ex,k}} + \frac{\dot{Z}^{CI}_{k}+\dot{Z}^{OM}_{k}} {c_{f,k}\dot{E}_{p,k}} \]

Ekserqo-iqtisadi faktor \(f_k\) isə kapital və istismar-texniki xidmət xərcinin ümumi iqtisadi itki içindəki payını ölçür:

\[ f_k= \frac{\dot{Z}_k} {\dot{Z}_k+c_{f,k}\left(\dot{E}_{d,k}+\dot{E}_{L,k}\right)} \]

Aşağı \(f_k\) xərcin daha çox ekserji məhvi və itkilərdən qaynaqlandığını, yüksək \(f_k\) isə investisiya və istismar xərclərinin nisbi olaraq dominantlaşdığını göstərir. Buna görə eyni mühərrik komponenti üçün optimal təkmilləşdirmə strategiyası qalxış və kruiz şəraitində fərqli ola bilər.

Qalxışda yanma kamerası niyə önə çıxır?

Vaka 1-də qalxış zamanı yanma kamerası ən yüksək \(r_k\) dəyərini göstərərkən \(f_k\) dəyəri sıfıra yaxın qalır. Araşdırmaçılar bunu yanma zamanı yanacaq-hava qarışığı, kimyəvi reaksiyalar və yüksək temperatur qradientlərinin yaratdığı güclü geri dönməzliklərlə əlaqələndirirlər. Qalxışda yüksək yanacaq axını və yüksək yanma temperaturu bu təsiri daha da böyüdür.

Yüksək təzyiq və aşağı təzyiq turbinləri ilə yüksək təzyiq kompressoru da qalxışda mühüm ekserji məhvi xərcləri yaradır. Vaka 1-də qalxış şəraitində bütün əsas komponentlərin \(f_k\) dəyərlərinin %50-dən aşağı olması iqtisadi itkinin kapital xərcindən çox termodinamik geri dönməzliklərdən təsirləndiyini göstərir.

Kruizdə xərc strukturu niyə dəyişir?

Kruizdə mühərrikin kütlə axını və yanma temperaturu azalarkən fiziki mühərrikin kapital xərci yox olmur. Beləliklə, ekserji məhvi xərci azalarkən investisiya xərcinin ümumi xərcdəki nisbi payı böyüyür. Vaka 1-də yüksək təzyiq kompressorunun \(f_k\) dəyəri kruizdə təxminən %80-ə yaxınlaşır. Vaka 4-ün üçşaftlı quruluşunda isə yüksək təzyiq turbininin kruiz \(f_k\) dəyəri təxminən %73 səviyyəsinə yüksəlir.

Üçşaftlı Vaka 4-də orta təzyiq kompressoru və orta təzyiq turbininin sistemə əlavə edilməsi sıxılma və genişlənmə işini daha çox mərhələyə paylayır. Mənbə bunun komponentlər arasındakı nisbi xərc fərqlərini Vaka 1-ə nisbətən daha balanslı etdiyini və üçşaftlı quruluşun ekserqo-iqtisadi yükü tək komponentdə cəmləşdirmək meylini azalda bildiyini bildirir.

Xüsusi ekserji xərci niyə saatlıq xərcdən daha izahedici ola bilər?

Vaka 4-ün fan və nüvə nozullarında mühit temperaturu 288 K-dən 320 K-yə yüksəldikcə ümumi xərc dərəcəsi azalır, xüsusi xərc isə artır. Daha isti hava kütlə axınını və ümumi enerji emalı miqdarını azaltdığı üçün sistem saatda daha az xərc yaradırmış kimi görünür; lakin faydalı ekserji çıxışı daha sürətlə azaldığından hər GJ faydalı ekserjinin iqtisadi xərci yüksəlir.

Oxşar davranış Vaka 1-də hündürlük artdıqda da görünür. Bunun əksinə olaraq, Vaka 3-də Mach sayının 0,65-dən 0,90-a yüksəlməsi nozul xərc dərəcəsini artırarkən xüsusi xərci azaldır. Tədqiqatın əsas termo-iqtisadi mesajlarından biri buna görə ümumi dollar/saat dəyərinin təkbaşına səmərəlilik göstəricisi kimi istifadə edilməməsidir.

Ekoloji göstəricilər necə müəyyənləşdirilib?

Araşdırmaçılar birbaşa xüsusi CO₂ emissiyasına əlavə olaraq üç ekserjiyə əsaslanan ekoloji göstəricidən istifadə etmişdir. Ekoloji məhvetmə əmsalı \(C_{ed}\), mühərrikin ekserjetik səmərəliliyinin tərsi kimi təyin olunur:

\[ C_{ed}=\frac{1}{\eta_{ex}} \]

İdeal istinad dəyəri 1-dir; dəyər 1-ə yaxınlaşdıqca performans daha əlverişli hesab edilir.

Ekoloji məhvetmə indeksi \(\Theta_{edi}\), ekserji itkisi və ekserji məhvinin yanacaq ekserjisinə nisbətini ekoloji məhvetmə əmsalı ilə birlikdə qiymətləndirir:

\[ \Theta_{edi} = \left[ \frac{E_l+E_d}{E_f} \right]C_{ed} \]

Bu göstəricidə ideal dəyər sıfıra yaxınlaşır. Ekoloji yaxşılıq indeksi \(\Theta_{ebi}\) isə bunun tərsidir:

\[ \Theta_{ebi}=\frac{1}{\Theta_{edi}} \]

Beləliklə, \(C_{ed}\) və \(\Theta_{edi}\) üçün aşağı, \(\Theta_{ebi}\) üçün isə yüksək dəyər daha əlverişli ekoloji-ekserjetik performansı təmsil edir.

Vaka 3 həm qalxışda, həm də kruizdə ən aşağı ekoloji məhvetmə əmsalını verir: müvafiq olaraq 1,67 və 1,37. Eyni hal ekoloji məhvetmə indeksində də ən aşağı dəyərlərə, ekoloji yaxşılıq indeksində isə ən yüksək dəyərlərə çatmışdır.

Cədvəl Vaka 3-ün ekserjiyə əsaslanan göstəricilərdə hər iki iş rejimində ən əlverişli konfiqurasiya olduğunu göstərir. Bununla belə, bu üç göstərici birbaşa emissiya inventarı və ya tam həyat dövrü ekoloji təsir analizi deyil; araşdırmaçılar bunu xüsusi olaraq qeyd edirlər.

Xüsusi CO₂ nəticəsi niyə fərqli sıralama yaradır?

Xüsusi CO₂ bir saatda buraxılan CO₂ miqdarını istehsal olunan dartıya görə normallaşdıraraq kg/(saat·kN) vahidində ifadə edilir. Tədqiqatda beş halın hamısında xüsusi CO₂-nin kruizdə qalxışdan daha yüksək olduğu görülmüşdür. Bunun səbəbi ümumi yanacaq sərfinin kruizdə azalmasına baxmayaraq dartının daha sürətlə azalması və beləliklə istehsal olunan hər bir dartı vahidi başına CO₂ miqdarının yüksəlməsidir.

Qalxışda ən aşağı xüsusi CO₂ Vaka 3-də, kruizdə isə Vaka 2-də tapılmışdır. Üçşaftlı Vaka 4 və Vaka 5 xüsusi CO₂ baxımından xüsusilə kruizdə daha az əlverişli tərəfdə qalmışdır. Mənbə qrafiki dəqiq rəqəmləri mətn daxilində ayrıca cədvəl şəklində vermədiyi üçün burada qrafikdən dəqiq CO₂ dəyərləri yaradılmamışdır.

Tədqiqatın dəstəklədiyi nəticələr

• Araşdırılan xərc fərziyyələri altında yanacaq sərfi 20 illik saatlıq həyat dövrü xərcinin təxminən %60–75-ni təşkil edir.
• Mühit temperaturu, hündürlük və Mach sayı iqtisadi və termo-iqtisadi göstəriciləri nisbi rütubətdən daha güclü dəyişdirir.
• Qalxışda komponent səmərəsizlikləri və ekserji məhvi; kruizdə isə kapital xərci nisbi olaraq daha mühüm olur.
• Yanma kamerası xüsusilə qalxış şəraitində əsas ekserqo-iqtisadi itki mənbələrindən biridir.
• Daha aşağı saatlıq xərc dərəcəsi həmişə daha yaxşı termo-iqtisadi performans demək deyil.
• Vaka 3, \(C_{ed}\), \(\Theta_{edi}\) və \(\Theta_{ebi}\) göstəriciləri birlikdə qiymətləndirildikdə qalxış və kruizdə ən əlverişli nəticəni verir.
• Xüsusi CO₂ sıralaması uçuş rejimindən asılıdır: qalxışda Vaka 3, kruizdə Vaka 2 ən aşağı dəyəri göstərir.
• Nisbi rütubətin həyat dövrü xərcinə təsiri digər əsas iş dəyişənlərinə nisbətən daha kiçikdir.

Tədqiqatın dəstəkləmədiyi və ya sınaqdan keçirmədiyi nəticələr

• Beş halın real aviaşirkət donanmalarında 20 il boyunca mütləq eyni dollar/saat xərcləri yaradacağı göstərilməmişdir.
• Müəyyən kommersiya mühərrikinin bütün marşrutlarda, bütün iqlimlərdə və ya bütün operatorlarda qəti şəkildə “ən yaxşı mühərrik” olduğu sübut edilməmişdir.
• Ekserjiyə əsaslanan ekoloji göstəricilər tam həyat dövrü emissiya inventarı və ya aviasiyanın bütün CO₂-dənkənar iqlim təsirlərinin ölçüsü deyil.
• Model keçid iş rejimlərini və işçi axın sızmaları kimi bəzi real mühərrik təsirlərini nəzərə almır.
• Qum və toz udulmasına bağlı kompressor çirklənməsi, qanad eroziyası və isti hissə deqradasiyasının iqtisadi təsirləri birbaşa modelləşdirilməmişdir.
• Körfəz regionu üçün seçilən temperatur və mühit şəraitindən Türkiyədəki istismar xərclərinə birbaşa ədədi köçürmə aparıla bilməz.
• Şəkil 3-də Mach sayı–LCC təsvirində mənbədaxili ziddiyyət olduğuna görə daha yüksək Mach sayının saatlıq həyat dövrü xərcini qəti şəkildə azaltdığı və ya artırdığı istiqamətində vahid nəticə çıxarıla bilməz.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Hesablama çərçivəsi

Araşdırmanın termodinamik əsasını eyni tədqiqat seriyasının ilk hissəsində hazırlanmış və istehsalçı məlumatları ilə dərc olunmuş mühərrik məlumatlarına qarşı doğrulanmış turbofan performans modeli təşkil edir. Hazırkı iş bu termodinamik nəticələri həyat dövrü xərci, SPECO əsaslı ekserqo-iqtisadi hesablama və ekserjiyə əsaslanan ekoloji göstəricilərlə genişləndirmişdir. Ekserqo-iqtisadi və həyat dövrü modelləri MATLAB R2022b mühitində tətbiq edilmişdir. Müəlliflər GasTurb 14 və MATLAB R2022b-nin mühərrik modelləşdirilməsi və analizində istifadə olunduğunu ayrıca bildirirlər.

Araşdırılan iş şəraitləri

Həyat dövrü həssaslıq analizində ekoloji və uçuş parametrlərinin aşağı və yuxarı iş nöqtələrindən istifadə edilmişdir:

• Mühit temperaturu: 288 K və 320 K
• Nisbi rütubət: %30 RH və %100 RH
• Kruiz Mach sayı: 0,65 və 0,90
• Kruiz hündürlüyü: 8000 m və 11.000 m

Komponent səviyyəsində ekserqo-iqtisadi müqayisələrdə qalxış referansı 101,3 kPa, 288,15 K və %30 nisbi rütubət; kruiz referansı isə Mach 0,8 və 8000 m kimi istifadə edilmişdir.

Diskontlaşdırılmış yanacaq xərci fərqləri

Mühərrikin daha səmərəli və daha az səmərəli iş nöqtələri arasındakı yanacaq xərci fərqi 20 illik diskont prosesində indiki dəyərə çevrilmişdir. İllik fürsət qazancı mənbədə aşağıdakı əsas münasibətlə təyin olunur:

\[ CF=[C_{fuel}]_{VR}-[C_{fuel}]_{OPT} \]

və illər üzrə indiki dəyər:

\[ CF_{PV} = \frac{CF_1}{(1+d)^1} + \frac{CF_2}{(1+d)^2} +\cdots+ \frac{CF_n}{(1+d)^n} \]

Mühit temperaturu dəyişməsində Vaka 3 təxminən 1200 ABŞ$/saat ilə ən böyük diskontlaşdırılmış yanacaq xərci fərqini göstərmişdir. Mach 0,65–0,90 müqayisəsində yenə Vaka 3 təxminən 500 ABŞ$/saatlıq ən yüksək fərqi vermişdir. Hündürlük 8000–11.000 m arasında dəyişdirildikdə Vaka 3 üçün fərq təxminən 1200 ABŞ$/saat səviyyəsindədir. Rütubət dəyişməsinin təsiri daha aşağıdır; ən böyük dəyər Vaka 5-də təxminən 300 ABŞ$/saat kimi bildirilmişdir.

SPECO tənlik sistemləri

Ekserqo-iqtisadi həll zamanı hər mühərrik komponentinin ekserji axınlarına xərc təyin edilmiş və kifayət qədər müstəqil tənlik yaratmaq üçün köməkçi xərc münasibətlərindən istifadə edilmişdir. İkişaftlı mühərrik üçün Əlavə A-da A1–A15 tənlikləri ilə 14 naməlumlu 14 müstəqil xərc tənliyi; üçşaftlı mühərrik üçün A16–A30 tənlikləri ilə 15 naməlumlu 15 müstəqil xərc sistemi qurulmuşdur.

Bu quruluş fan, aşağı/yüksək təzyiq kompressorları, yanma kamerası, yüksək/aşağı təzyiq turbinləri, üçşaftlı quruluşda orta təzyiq turbini və müvafiq fan/nüvə nozullarının kapital xərci ilə ekserji axını xərcini eyni matris həllində birləşdirir.

Komponent səviyyəsində əsas nəticələr

• Vaka 1: Qalxışda yanma kamerası ən yüksək nisbi xərc fərqinə və sıfıra yaxın ekserqo-iqtisadi faktora malikdir. Kruizdə yüksək təzyiq kompressorunun \(f_k\) dəyəri təxminən %80-ə yaxınlaşır.
• Vaka 4: Üçşaftlı arxitekturada orta təzyiq kompressoru və turbini xərc yükünü daha çox komponentə paylayır. Kruizdə yüksək təzyiq turbininin \(f_k\) dəyəri təxminən %73-dür.
• Vaka 2: 288 K və 320 K müqayisəsində yanma kamerası ümumi ekserji məhvi və investisiya xərcinin ən böyük komponentidir; isti iş şəraiti fanı, yanma kamerasını və yüksək təzyiq turbinini müxtəlif dərəcələrdə təsirləndirir.
• Vaka 5: %30–%100 nisbi rütubət dəyişməsində xərc iyerarxiyası əsasən qorunur; yanma kamerası təxminən 2200 ABŞ$/saat ilə dominant qalır.
• Vaka 3: Mach artdıqca fan və nüvə nozullarının xərc dərəcəsi artır, lakin xüsusi ekserji xərci azalır.

Ekoloji nəticələrin birlikdə oxunması

Ekserjiyə əsaslanan ekoloji göstəricilər bütün hallarda kruizdə qalxışa nisbətən daha əlverişli olur: \(C_{ed}\) və \(\Theta_{edi}\) azalır, \(\Theta_{ebi}\) artır. Bunun əksinə, xüsusi CO₂ bütün hallarda kruizdə artır. Bu iki nəticə ziddiyyətli deyil; çünki göstəricilər fərqli fiziki suallara cavab verir. Ekserji göstəriciləri termodinamik resurs istifadəsini və itkiləri qiymətləndirir, xüsusi CO₂ isə buraxılan karbon dioksidi istehsal olunan dartıya normallaşdırır.

Nəticələr bölməsinin 7-ci bəndində Vaka 3 üçün üç ekoloji göstəricinin “best/lowest” dəyərləri verdiyi yazılmışdır. Mənbənin öz Tənlik (19) tərifinə görə bu ifadə \(\Theta_{ebi}\) baxımından texniki olaraq doğru deyil: ekoloji yaxşılıq indeksində yüksək dəyər daha yaxşıdır. Cədvəl 6-da Vaka 3 həqiqətən ən yaxşı nəticəni verir, lakin bunu ən yüksək \(\Theta_{ebi}\) ilə edir.

Tədqiqatın əsas məhdudiyyətləri

Nəticələrin şərhi yeddi əsas model fərziyyəsindən və iqtisadi girişlərdən asılıdır. Mühərriklər stasionar vəziyyətdə modelləşdirilmiş, keçid effektləri və işçi axın sızmaları nəzərə alınmamış, ideal qaz yanaşmasından istifadə edilmiş və tam yanma fərz edilmişdir. Yanacaq qiyməti, kapital xərcləri, illik uçuş saatları, texniki xidmət dərəcələri və diskont dərəcəsi kimi iqtisadi girişlər real aviaşirkətin gələcəkdə mütləq yaşayacağı xərclər deyil.

Qeyri-müəyyənlik analizi bu girişlərdə ağlabatan dəyişmələrin əsas trendlərə təsirini sınasa da model bütün real dünya qeyri-müəyyənliklərini əhatə etmir. Müəlliflərin gələcək iş təkliflərində də vurğulandığı kimi, parametrlər arasındakı korrelyasiyaların modelləşdirilməsi və daha inkişaf etmiş stoxastik iş şəraitlərinin qurulması gələcək tədqiqatlar üçün açıqdır.

Bundan əlavə, Körfəz coğrafiyasında mühərrik istismarı üçün mühüm ola biləcək qum və toz udulması, kompressor çirklənməsi, qanad eroziyası və isti hissə aşınması hazırkı iqtisadi-ekserjetik modelə daxil edilməmişdir. Araşdırmaçılar bunu gələcək işlər üçün mühüm boşluq kimi müəyyənləşdirirlər.

Mənbə və Metod Qeydi

Tam orijinal tədqiqat adı: Comparative Exergo-Economic, Exergo-Environmental, and Lifecycle Cost Analysis of High-Bypass Turbofan Engine Configurations

Müəlliflər: Abdulrahman S. Almutairi; Hamad H. Almutairi; Abdulrahman H. Alenezi; Hamad M. Alhajeri.

Müəllif sırası: Mənbədəki orijinal sıra olduğu kimi qorunmuşdur. Mənbədə ortaq birinci müəllif və ya bərabər töhfə bəyanı yoxdur.

Məsul müəllif: Abdulrahman S. Almutairi.

Qurum: Department of Mechanical Power and Refrigeration Technology, College of Technological Studies, Public Authority for Applied Education and Training, Shuwaikh, P.O. Box 42325, Kuwait City 70654, Kuwait.

Mənbə növü: Rəyli tədqiqat məqaləsi; hesablama termodinamikası/modelləşdirmə, həyat dövrü xərc analizi, ekserqo-iqtisadi qiymətləndirmə və ekserqo-ekoloji qiymətləndirməni birləşdirir.

Jurnal: Aerospace

Nəşriyyat: MDPI

Cild / say / məqalə nömrəsi: 13(7), 614

Nəşr tarixi: 6 iyul 2026

DOI: 10.3390/aerospace13070614

Rəsmi nəşr keçidi:MDPI — Aerospace 13(7), 614

DOI keçidi:https://doi.org/10.3390/aerospace13070614

Lisenziya: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).

Rəy statusu: Məqalə rəyli və açıq girişli Aerospace jurnalında dərc olunmuş tədqiqat məqaləsidir.

Maliyyələşdirmə: Müəlliflər tədqiqatın xarici maliyyələşdirmə almadığını bildirmişdir.

Məlumat əlçatanlığı: Tədqiqatın orijinal töhfələrinin məqalədə olduğu və əlavə sualların məsul müəllifə ünvanlana biləcəyi bildirilmişdir.

Maraqlar toqquşması: Müəlliflər maraqlar toqquşması bildirməmişdir.

Müəllif töhfələri: Konseptuallaşdırma Abdulrahman S. Almutairi və Hamad H. Almutairi; metodologiya eyni iki müəllif; proqram təminatı Abdulrahman S. Almutairi, Hamad H. Almutairi və Hamad M. Alhajeri; doğrulama eyni üç müəllif; formal analiz Abdulrahman H. Alenezi və Hamad H. Almutairi; araşdırma dörd müəllifin hamısı; resurslar Abdulrahman S. Almutairi; məlumat kürasiyası Abdulrahman H. Alenezi və Hamad M. Alhajeri; ilkin layihə Abdulrahman S. Almutairi, Hamad H. Almutairi və Hamad M. Alhajeri; nəzərdən keçirmə və redaktə Abdulrahman S. Almutairi ilə Hamad H. Almutairi; vizuallaşdırma Hamad M. Alhajeri; nəzarət Abdulrahman S. Almutairi və Hamad H. Almutairi; layihə idarəetməsi Abdulrahman S. Almutairi tərəfindən aparılmışdır.

Seriyadakı mövqeyi: Araşdırma eyni mühərrik konfiqurasiyalarının enerji və ekserji performansını araşdıran Part I işinin davamıdır. Hazırkı tədqiqat iqtisadi və ekoloji qiymətləndirməni əlavə edərək araşdırma çərçivəsini genişləndirir.

Biblioqrafik uyğunsuzluq qeydi: Hazırkı tədqiqatın istinad [36] girişində Part I “Aerospace 2025, 13, 27” kimi verilmişdir. Part I-in rəsmi jurnal istinadı “Aerospace 2026, 13, 27” formasındadır; tədqiqat 26 dekabr 2025-də onlayn dərc edilmişdir. Buna görə hazırkı mənbədəki “2025” ifadəsi səssizcə dəyişdirilməmiş, rəsmi biblioqrafik qeyd ayrıca izah edilmişdir.

Tənlik qeydi: Həyat dövrü xərci Tənlik (1)-də ilkin kapital termini \(C_{inst}\) kimi yazılmış, dərhal sonrakı izahda \(C_{ini}\) istifadə edilmişdir. Mənbədaxili bu simvol fərqi qorunmuşdur.

Mach–LCC uyğunsuzluğu: Şəkil 3-ün ədədi izahı Mach 0,90 üçün Mach 0,65-ə nisbətən daha yüksək saatlıq həyat dövrü xərcləri verir, davamındakı mətn isə yüksək Mach dəyərinin daha aşağı LCC təmin etdiyini deyir. Buna görə Verianla mətnində saatlıq LCC istiqaməti vahid nəticəyə məcbur edilməmişdir. Mach artımının xüsusi ekserji xərcini azaltdığı ayrıca ekserqo-iqtisadi nəticə isə mənbədə açıq şəkildə dəstəklənir.

Ekoloji göstərici terminologiyası qeydi: Nəticələr bölməsindəki “üç göstəricinin hamısında ən aşağı” ifadəsi \(\Theta_{ebi}\) üçün riyazi təriflə uyğun deyil. Vaka 3 ekoloji yaxşılıq indeksində ən yaxşı nəticəni ən yüksək dəyərlə verir.

Elmi sərhəd: Tədqiqat real mühərriklərdən ilhamlanan beş hesablama konfiqurasiyasını qiymətləndirir. Nəticələr real aviaşirkət donanmasında aparılmış 20 illik izləmə tədqiqatı deyil. Mühərrik performansının keçid rejimləri, bəzi real istismar təsirləri və qum/toz səbəbli uzunmüddətli deqradasiya iqtisadi modelə daxil edilməmişdir. Nəticələr istifadə olunan termodinamik model, missiya profilləri və iqtisadi fərziyyələr çərçivəsində qiymətləndirilməlidir.

Məzmun istehsalı üsulu: Bu Verianla izahı elmi nəticələr baxımından yalnız araşdırılan mənbə işinə əsaslanır. Xarici mənbələrdən yeni eksperimental nəticə, yeni performans dəyəri, yeni emissiya məlumatı və ya mənbədə olmayan mexanizm əlavə edilməmişdir. Xarici doğrulama yalnız tədqiqat kimliyi, rəsmi nəşr qeydi, rəy prosesi və Part I biblioqrafik qeydinin yoxlanması ilə məhdudlaşdırılmışdır.