Бул изилдөө эки валдуу жана үч валдуу беш жогорку байпастуу турбофан кыймылдаткыч конфигурациясын 20 жылдык жашоо циклинин наркы, эксерго-экономикалык натыйжалуулук жана экологиялык көрсөткүчтөр боюнча салыштырат. Эсептөө моделдери айлана-чөйрөнүн температурасы, салыштырма нымдуулук, учуудагы Mach саны жана бийиктик сыяктуу иштөө шарттарын өзгөртүү менен бааланган. Модель жыйынтыктарында күйүүчү май керектөөсү жалпы сааттык жашоо циклинин наркынын болжол менен %60–75ин түзүп, эң чоң чыгым компоненти болгон. Айлана-чөйрөнүн температурасы, крейсердик бийиктик жана Mach саны экономикалык жана термодинамикалык жыйынтыктарды олуттуу өзгөрткөн, ал эми салыштырма нымдуулуктун таасири чектелүүрөөк бойдон калган. Учуп чыгууда эксергиянын жок кылынышы жана компоненттердин натыйжасыздыгы экономикалык жоготууларда алдыңкы орунга чыккан, ал эми крейсердик шартта капиталдык инвестиция чыгымдарынын салыштырмалуу мааниси өскөн. Изилдөөнүн негизги чеги — жыйынтыктар физикалык флот сыноосуна эмес, текшерилген эсептөө кыймылдаткыч моделдерине жана белгилүү экономикалык божомолдорго негизделген.

Изилдөө ошондой эле кыймылдаткычтын чыныгы термо-экономикалык абалын түшүндүрүү үчүн сааттык чыгым көрсөткүчүнө гана кароо жетишсиз болушу мүмкүн экенин көрсөтөт. Мисалы, айлана-чөйрөнүн температурасынын же бийиктиктин жогорулашы айрым шарттарда жалпы чыгым көрсөткүчүн азайтса, пайдалуу эксергиянын бирдигине кеткен чыгымды көбөйтүшү мүмкүн. Тескерисинче, каралган Mach диапазонунда жогорураак Mach саны соплолордогу эксергия чыгышын көбөйтүп, менчик эксергия чыгымын төмөндөттү. Демек, “саатына төмөн чыгым” менен “өндүрүлгөн пайдалуу эксергиянын бирдигине жакшыраак экономикалык натыйжа” бир эле түшүнүк эмес.

Экологиялык баалоодо да бир эле көрсөткүч бүтүндөй картинаны түшүндүрбөйт. Эксергияга негизделген экологиялык бузулуу коэффициенти жана экологиялык бузулуу индекси крейсердик режимде учуп чыгууга салыштырмалуу төмөндөп, экологиялык жакшылык индекси жогорулаган. Бирок өндүрүлгөн тартуу күчүнүн бирдигине менчик CO₂ эмиссиясы бардык учурларда крейсердик шартта жогору болгон. Беш конфигурациянын арасында Vaka 3 учуп чыгууда да, крейсердик режимде да эксергияга негизделген үч экологиялык көрсөткүч боюнча эң жакшы натыйжа көрсөткөн; менчик CO₂ боюнча болсо учуп чыгууда Vaka 3, крейсердик режимде Vaka 2 эң төмөн маанини берген.

Түркия жагынан: Жыйынтыктар Түркияда колдонулган же бааланчу коммерциялык турбофан системалары үчүн айлана-чөйрөнүн температурасы, учуу профили, бийиктик жана кыймылдаткыч архитектурасы чогуу каралышы керек экенин көрсөткөн методологиялык алкак бере алат. Бирок изилдөөнүн иштөө шарттары өзгөчө Перс булуңу аймагын жана Кувейттин климатын чагылдыруу үчүн тандалган, экономикалык моделде да белгилүү күйүүчү май баасы, иштөө сааты, дисконт чени жана техникалык тейлөө чыгымы боюнча божомолдор колдонулган. Ошондуктан изилдөөдөгү доллар/саат маанилерин же кыймылдаткыч рейтингдерин Түркиядагы аэропортторго, флоттун миссия профилдерине, тейлөө келишимдерине жана күйүүчү май чыгымдарына түздөн-түз көчүрүү туура эмес; жергиликтүү маалыматтар менен кайра текшерүү талап кылынат.

Изилдөөнүн негизги суроосу эмне?

Изилдөөнүн баштапкы көз карашы — жогорку байпастуу турбофандарды термодинамикалык натыйжалуулук боюнча гана баалоо кыймылдаткыч тандоо жана узак мөөнөттүү эксплуатациялык чечимдер үчүн жетишсиз. Кыймылдаткыч жогорку термодинамикалык натыйжа көрсөтүшү мүмкүн; бирок инвестициялык чыгым, тейлөө чыгымы, күйүүчү май керектөөсү жана эксергиянын жок кылынышы чогуу каралганда башка экономикалык жыйынтык чыгышы мүмкүн. Ошондой эле жалпы күйүүчү май керектөөсүнүн төмөн болушу өндүрүлгөн пайдалуу тартуу күчүнүн же эксергиянын бирдигине эң төмөн экологиялык жүк дегенди билдирбейт.

Ошондуктан изилдөөчүлөр буга чейин ошол эле беш конфигурация үчүн түзгөн энергия жана эксергия анализин кеңейтип, үч негизги суроого көңүл бурган: кыймылдаткычтардын 20 жылдык жашоо циклинин наркы ар башка иштөө шарттарында кандай өзгөрөт; эксергиянын жок кылынышы менен капиталдык жана эксплуатациялык чыгымдар компоненттер боюнча кантип чыгымга айланат; жана бул кыймылдаткычтардын CO₂ жана эксергияга негизделген экологиялык көрсөткүчтөрү учуп чыгууда жана крейсердик режимде кандай айырмаланат?

Беш турбофан конфигурациясы кантип түзүлгөн?

Каралган беш учур коммерциялык авиацияда колдонулган реалдуу жогорку байпастуу кыймылдаткычтардан шыктанган. Изилдөө аларды реалдуу кыймылдаткычтардан алынган өзүнчө флот өлчөөлөрү катары эмес, ар башка архитектуралык жана натыйжалуулук өзгөчөлүктөрүн чагылдырган эсептөө конфигурациялары катары колдонот.

Эки валдуу түзүлүштө желдеткич, төмөн басым компрессору жана төмөн басым турбинасы менен жогорку басым компрессору жана жогорку басым турбинасы эки негизги вал системасы аркылуу уюшулат; үч валдуу түзүлүштө буларга орто басым компрессору жана орто басым турбинасы кошулат. Изилдөө үч валдуу архитектура кысуу жана кеңейүү ишин көбүрөөк баскычка бөлүштүрүү аркылуу айрым компоненттердеги эксерго-экономикалык жүктү тең салмактуураак кыла аларын көрсөтөт.

Модель кандай негизги божомолдорго таянат?

Кыймылдаткыч моделдери туруктуу абал шарттарында чечилген; өтмө режимдер эсепке алынган эмес. Кыймылдаткычка кирген аба жана чыгарылган газдар температурага көз каранды термофизикалык касиеттерге ээ идеал газ аралашмалары катары моделденген, жумушчу агымдын агып кетиши эске алынган эмес жана потенциалдык эксергиядагы өзгөрүүлөр каралган эмес. Күйүүчү май толук күйөт, азот реакцияга кирбеген түр катары жүрөт жана бардык конфигурацияларда Jet A-1 колдонулат деп божомолдонгон. Күйүү камерасындагы жылуулук энергиясынын жоготуусу жалпы жылуулук бөлүнүшүнүн %2си катары алынган. Эталондук айлана-чөйрө шарттары 288,15 K жана 101,3 kPa.

Жашоо циклинин наркы кантип эсептелген?

Жашоо циклинин наркы (Lifecycle Costing, LCC) кыймылдаткычтын баштапкы инвестициялык чыгымын эксплуатация-техникалык тейлөө жана күйүүчү май чыгымдары менен 20 жылдык кызмат мөөнөтүндө бириктирип, мөөнөт аягындагы калдык/утиль маанини алып салат. Булакта Теңдеме (1) төмөнкүдөй берилген:

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

Булак эскертүүсү: Теңдемеде баштапкы инвестициялык чыгымдын белгиси \(C_{inst}\) болуп көрүнөт, андан кийинки тексттик түшүндүрмөдө ошол эле түшүнүк үчүн \(C_{ini}\) колдонулат. Булактагы бул символ айырмасы ошол бойдон сакталып, үнсүз түрдө бир формага келтирилген эмес.

Келечектеги жылдык төлөмдөрдү баштапкы жылдагы эквиваленттүү экономикалык мааниге айлантуу үчүн учурдагы нарк ыкмасы колдонулган:

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

Бул жерде \(A_0\) жылдык тең төлөм, \(d\) дисконт чени жана \(n\) баалоо мөөнөтү. Анализде колдонулган негизги финансылык божомолдор:

Ар башка жылдык иштөө убактысы кыймылдаткычтар байланыштырылган кыска/орто жана узак аралыктагы миссия профилдерин көрсөтүү үчүн колдонулган. Ошондуктан учурлардын жалпы чыгым айырмасына кыймылдаткычтын натыйжалуулугу гана эмес, жылдык пайдалануу убактысы боюнча божомолдор да таасир этет.

Күйүүчү май эмне үчүн жашоо циклинин наркынын борборунда?

Беш учурдун бардыгында күйүүчү май чыгымы 20 жылдык моделдөө мөөнөтүндө жалпы сааттык жашоо циклинин наркынын болжол менен %60–75ин түзөт. Бул жыйынтык кыймылдаткычтын күйүүчү май керектөөсүн өзгөрткөн иштөө шарттары узак мөөнөттүү чыгым рейтингине күчтүү таасир бере аларын билдирет.

Учуп чыгуу анализинде айлана-чөйрөнүн температурасы 288 K ден 320 K ге көтөрүлгөндө Vaka 3түн сааттык жашоо циклинин наркы график боюнча болжол менен 10.500 АКШ$/сааттан 9000 АКШ$/саатка түшөт. Булак бул айырманы болжол менен 1500 АКШ$/саат деп түшүндүрөт. Vaka 4 жана Vaka 5те температурага байланыштуу айырма болжол менен 1000 АКШ$/саат болсо, Vaka 2 болжол менен 200 АКШ$/саат менен эң төмөн температура сезимталдыктарынын бирин көрсөткөнү айтылат.

Бул биринчи караганда күтүүсүз; анткени 288 K шартында термодинамикалык натыйжа жакшыраак. Изилдөөчүлөрдүн түшүндүрмөсү боюнча 320 Kдеги төмөнүрөөк аба тыгыздыгы кыймылдаткычтан өтүүчү жалпы аба массалык агымын жана абсолюттук күйүүчү май агымын азайтып, сааттык күйүүчү май чыгымын төмөндөтүшү мүмкүн. Бирок бул ысык чөйрө кыймылдаткычты термо-экономикалык жактан натыйжалуураак кылат дегенди билдирбейт. Кийинки эксерго-экономикалык анализ температура жогорулаганда пайдалуу эксергия чыгышы тезирээк төмөндөп, эксергиянын бирдигине кеткен чыгым өсүшү мүмкүн экенин көрсөтөт.

Салыштырма нымдуулук эмне үчүн экинчи даражадагы өзгөрмө бойдон калды?

Салыштырма нымдуулук %30дан %100гө көбөйтүлгөндө жашоо циклинин наркындагы өзгөрүүлөр айлана-чөйрөнүн температурасы, Mach саны жана бийиктик таасирлерине салыштырмалуу кыйла аз. Monte Carlo белгисиздик баалоосунда нымдуулуктун сааттык LCCге таасири 18–304 АКШ$/саат диапазонунда калып, тренддин багытын өзгөртүү ыктымалдыгы %36 деп эсептелген. Ошондуктан изилдөөчүлөр салыштырма нымдуулукту экономикалык жактан экинчи даражадагы фактор деп классификациялашат.

Эксерго-экономикалык компонент анализинде да окшош көрүнүш чыгат. Vaka 5те күйүү камерасынын жалпы эксергия жок кылынышы жана капиталдык чыгымы болжол менен 2200 АКШ$/саат болуп турганда, салыштырма нымдуулуктун %30дан %100гө көбөйүшү бул үстөм чыгым түзүмүн олуттуу өзгөртпөйт. Эң көрүнүктүү айырма орто басым турбинасында байкалган жана булак аны %6дан бир аз жогору өзгөрүү деп мүнөздөгөн.

Mach саны боюнча булакты эмне үчүн этият окуу керек?

Изилдөөнүн ар башка анализ катмарлары Mach санынын ар түрдүү экономикалык көрсөткүчтөргө таасирин бирдей көрсөтпөйт. 3-сүрөттүн сандык түшүндүрмөсүндө Vaka 3 үчүн Mach 0,90дагы сааттык жашоо циклинин наркы болжол менен 4000 АКШ$/саат деп берилет, ал эми Mach 0,65те мындан болжол менен 600 АКШ$/саат төмөн экени айтылат. Vaka 4 жана Vaka 5 үчүн да төмөн Mach маанисинде төмөнүрөөк сааттык LCC сүрөттөлөт.

Мунун дароо артындагы түшүндүрмө болсо каралган жогорку Mach саны күйүүчү майдын жакшыраак натыйжалуулугун жана жашоо циклинин төмөнүрөөк наркын берет деп айтат. Бул эки баяндоо бири-бирине толук шайкеш эмес. Ошондуктан булак маалыматтарына так карманганда Mach санынын сааттык LCCге таасиринин багыты боюнча бирдиктүү жана карама-каршылыксыз жыйынтык чыгарууга мүмкүн эмес.

Бирок эксерго-экономикалык сопло анализи ачыгыраак тренд көрсөтөт: Vaka 3тө Mach саны 0,65тен 0,90га өскөн сайын фан жана өзөк соплолорунун жалпы чыгым көрсөткүчү өсөт, ал эми менчик эксергия чыгымы төмөндөйт. Изилдөөчүлөр муну күчтүүрөөк ram эффекти кирүү стагнация басымын жана температурасын жогорулатып, эксергия чыгышы чыгымдын өсүшүнө караганда ылдамыраак көбөйүшү менен түшүндүрүшөт. Демек, жогорку Mach саны тууралуу ишенимдүү айтылчу жыйынтык — каралган диапазондо менчик эксергия чыгымы жакшырат; муну сааттык жашоо циклинин наркы менен бирдей деп кароого болбойт.

Бийиктик чыгымды жана эксергиялык натыйжаны кантип өзгөртөт?

Крейсердик бийиктик 8000 метрден 11.000 метрге көтөрүлгөндө 3-сүрөттө бардык учурларда сааттык ээлик чыгымы азайганы көрүнөт. Vaka 3 үчүн болжол менен 1200 АКШ$/саат төмөндөө билдирилсе, Vaka 4 үчүн болжол менен 750 АКШ$/саат, Vaka 5 үчүн болжол менен 600 АКШ$/саат жана калган эки учур үчүн болжол менен 300 АКШ$/саат азайуу айтылат.

Бирок сопло деңгээлиндеги менчик чыгым баалоосу башка өлчөмдү көрсөтөт. Vaka 1де 8000–11.000 m аралыкта бийиктик көбөйгөн сайын фан жана өзөк соплолорунун жалпы чыгым көрсөткүчү төмөндөйт, ал эми пайдалуу эксергиянын бирдигине кеткен чыгым өсөт. Төмөнүрөөк аба тыгыздыгы жана массалык агым системанын сааттык экономикалык жүгүн азайтып, пайдалуу эксергия өндүрүшүн мындан да тез кыскартышы мүмкүн. Ошондуктан төмөн сааттык чыгым өзүнчө эле жогорку термо-экономикалык натыйжа катары чечмеленбеши керек.

Белгисиздик анализи негизги тенденцияларды канчалык колдоду?

Жашоо циклинин нарк жыйынтыктары экономикалык божомолдорго ашыкча сезимталбы же жокпу текшерүү үчүн 50.000 Latin Hypercube үлгүсү менен Monte Carlo белгисиздик таралышы колдонулган. Баштапкы капитал чыгымы жана күйүүчү май чыгымы үчүн ±%15 үч бурчтуу бөлүштүрүү, дисконт чени үчүн %2–4, эксплуатация жана тейлөө коэффициенти үчүн %4–6, калдык маани үчүн %5–15 үч бурчтуу бөлүштүрүү колдонулуп; жылдык иштөө сааттары ±%5 чектелген нормалдуу бөлүштүрүү менен берилген. Параметрлер бири-биринен көз каранды эмес деп божомолдонгон.

Monte Carlo анализи айлана-чөйрөнүн температурасы жана бийиктик таасирлери колдонулган экономикалык белгисиздиктер астында сакталарын көрсөтөт. Mach өзгөрүүсүнүн чоңдук айырмасы да үлгүлөөдө туруктуу калган; бирок булакта жогоруда түшүндүрүлгөн LCC багыты боюнча тексттик карама-каршылык болгондуктан Monte Carlo жыйынтыгы бул редакциялык карама-каршылыкты жок кылбайт.

Эксерго-экономикалык анализ эмнени өлчөйт?

Эксерго-экономикалык анализ компоненттеги термодинамикалык кайтарылгыс процесстерди ошол компоненттин капиталдык жана эксплуатациялык чыгымы менен бир баалоо алкагында бириктирет. Туруктуу абалдагы компоненттин чыгым балансы булакта төмөнкүдөй аныкталган:

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

Бул жерде \(\dot{C}_{i,k}\) жана \(\dot{C}_{e,k}\) кирүү жана чыгуу эксергия агымдарынын чыгым ылдамдыктарын, \(\dot{C}_{w,k}\) жумуш өткөрүүнүн, \(\dot{C}_{q,k}\) жылуулук өткөрүүнүн чыгым ылдамдыгын жана \(\dot{Z}^{T}_{k}\) компоненттин инвестициялык жана эксплуатация-тейлөө чыгымын билдирет.

Компонентте продукт эксергиясынын бирдиктик чыгымы күйүүчү май эксергиясынын чыгымына салыштырмалуу канчалык жогорулаганы салыштырмалуу чыгым айырмасы \(r_k\) менен көрсөтүлөт:

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

Эксерго-экономикалык фактор \(f_k\) капиталдык жана эксплуатация-тейлөө чыгымынын жалпы экономикалык жоготуудагы үлүшүн өлчөйт:

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

Төмөн \(f_k\) чыгым көбүнчө эксергиянын жок кылынышынан жана жоготуулардан келип чыкканын, жогорку \(f_k\) болсо инвестициялык жана эксплуатациялык чыгымдар салыштырмалуу үстөм болорун көрсөтөт. Демек, бир эле кыймылдаткыч компоненти үчүн оптималдуу жакшыртуу стратегиясы учуп чыгууда жана крейсердик режимде башка болушу мүмкүн.

Учуп чыгууда күйүү камерасы эмне үчүн өзгөчө маанилүү?

Vaka 1де учуп чыгуу маалында күйүү камерасы эң жогорку \(r_k\) маанисин көрсөтүп, \(f_k\) нөлгө жакын бойдон калат. Изилдөөчүлөр муну күйүүдө күйүүчү май-аба аралашмасы, химиялык реакциялар жана жогорку температуралык градиенттер түзгөн күчтүү кайтарылгыс процесстер менен байланыштырат. Учуп чыгууда күйүүчү майдын жогорку агымы жана жогорку күйүү температурасы бул таасирди дагы күчөтөт.

Жогорку жана төмөн басым турбиналары менен жогорку басым компрессору да учуп чыгууда олуттуу эксергия жок кылуу чыгымдарын жаратат. Vaka 1де учуп чыгуу шартында бардык негизги компоненттердин \(f_k\) маанилери %50дөн төмөн болушу экономикалык жоготууга капиталдык чыгымдан көрө термодинамикалык кайтарылгыс процесстер көбүрөөк таасир берерин көрсөтөт.

Крейсердик режимде чыгым түзүмү эмне үчүн өзгөрөт?

Крейсердик режимде кыймылдаткычтын массалык агымы жана күйүү температурасы төмөндөйт, бирок физикалык кыймылдаткычтын капиталдык наркы жоголбойт. Натыйжада эксергия жок кылуу чыгымы азайып, инвестиция чыгымынын жалпы чыгымдагы салыштырмалуу үлүшү өсөт. Vaka 1де жогорку басым компрессорунун \(f_k\) мааниси крейсердик режимде болжол менен %80ге жакындайт. Vaka 4түн үч валдуу түзүлүшүндө болсо жогорку басым турбинасынын крейсердик \(f_k\) мааниси болжол менен %73кө чыгат.

Үч валдуу Vaka 4тө орто басым компрессору жана орто басым турбинасынын системага кошулушу кысуу жана кеңейүү ишин көбүрөөк баскычка бөлүштүрөт. Булак мунун компоненттер арасындагы салыштырмалуу чыгым айырмаларын Vaka 1ге салыштырганда тең салмактуураак кылып, үч валдуу түзүлүш эксерго-экономикалык жүктү бир компонентте топтоо тенденциясын азайта аларын айтат.

Менчик эксергия чыгымы эмне үчүн сааттык чыгымдан түшүндүрмөлүүрөөк болушу мүмкүн?

Vaka 4түн фан жана өзөк соплолорунда айлана-чөйрөнүн температурасы 288 Kден 320 Kге көтөрүлгөн сайын жалпы чыгым көрсөткүчү азаят, менчик чыгым болсо өсөт. Жылуураак аба массалык агымды жана жалпы энергияны иштетүү көлөмүн азайткандыктан система саатына азыраак чыгым жаратып жаткандай көрүнөт; бирок пайдалуу эксергия чыгышы тезирээк азайгандыктан ар бир GJ пайдалуу эксергиянын экономикалык чыгымы жогорулайт.

Ушуга окшош жүрүм Vaka 1де бийиктик көтөрүлгөндө да көрүнөт. Тескерисинче, Vaka 3тө Mach саны 0,65тен 0,90га көбөйгөндө сопло чыгым көрсөткүчү өсүп, менчик чыгым азаят. Изилдөөнүн негизги термо-экономикалык билдирүүлөрүнүн бири — жалпы доллар/саат маанисин өзүнчө натыйжалуулук көрсөткүчү катары колдонбоо керек.

Экологиялык көрсөткүчтөр кантип аныкталган?

Изилдөөчүлөр түз менчик CO₂ эмиссиясынан тышкары эксергияга негизделген үч экологиялык көрсөткүчтү колдонушкан. Экологиялык бузулуу коэффициенти \(C_{ed}\) кыймылдаткычтын эксергетикалык натыйжалуулугунун тескериси катары аныкталат:

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

Идеал эталондук маани 1; маани 1ге жакындаган сайын натыйжа жакшыраак деп эсептелет.

Экологиялык бузулуу индекси \(\Theta_{edi}\) эксергия жоготуусу жана эксергия жок кылынышынын күйүүчү май эксергиясына болгон катышын экологиялык бузулуу коэффициенти менен бирге баалайт:

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

Бул көрсөткүчтө идеал маани нөлгө жакындайт. Экологиялык жакшылык индекси \(\Theta_{ebi}\) болсо мунун тескериси:

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

Демек, \(C_{ed}\) жана \(\Theta_{edi}\) үчүн төмөн, \(\Theta_{ebi}\) үчүн жогорку маани жакшыраак экологиялык-эксергетикалык натыйжаны билдирет.

Vaka 3 учуп чыгууда да, крейсердик режимде да эң төмөн экологиялык бузулуу коэффициентин берет: тиешелүүлүгүнө жараша 1,67 жана 1,37. Ошол эле учур экологиялык бузулуу индексинде да эң төмөн, экологиялык жакшылык индексинде болсо эң жогорку маанилерге жеткен.

Таблица Vaka 3 эксергияга негизделген көрсөткүчтөр боюнча эки иш режиминде тең эң жакшы конфигурация экенин көрсөтөт. Бирок бул үч көрсөткүч түз эмиссия инвентаризациясы же толук жашоо циклинин экологиялык таасир анализи эмес; изилдөөчүлөр муну атайын белгилешет.

Менчик CO₂ жыйынтыгы эмне үчүн башка рейтинг берет?

Менчик CO₂ бир саатта бөлүнгөн CO₂ көлөмүн өндүрүлгөн тартууга карата нормалдаштырып, kg/(саат·kN) бирдигинде берилет. Изилдөөдө беш учурдун бардыгында менчик CO₂ крейсердик режимде учуп чыгууга караганда жогору экени табылган. Мунун себеби жалпы күйүүчү май керектөөсү крейсердик режимде азайса да, тартуу күчү андан да тез азайып, натыйжада өндүрүлгөн ар бир тартуу бирдигине CO₂ көбөйөт.

Учуп чыгууда эң төмөн менчик CO₂ Vaka 3тө, крейсердик режимде болсо Vaka 2де табылган. Үч валдуу Vaka 4 жана Vaka 5 менчик CO₂ боюнча өзгөчө крейсердик режимде анча жакшы эмес тарапта калган. Булак графиги так сандарды текстте өзүнчө таблица катары бербегендиктен бул жерде графиктен так CO₂ маанилери чыгарылган эмес.

Изилдөө колдогон жыйынтыктар

• Каралган чыгым божомолдорунда күйүүчү май керектөөсү 20 жылдык сааттык жашоо циклинин наркынын болжол менен %60–75ин түзөт.
• Айлана-чөйрөнүн температурасы, бийиктик жана Mach саны экономикалык жана термо-экономикалык көрсөткүчтөрдү салыштырма нымдуулукка караганда күчтүүрөөк өзгөртөт.
• Учуп чыгууда компонент натыйжасыздыгы жана эксергиянын жок кылынышы; крейсердик режимде болсо капиталдык чыгым салыштырмалуу маанилүүрөөк болот.
• Күйүү камерасы өзгөчө учуп чыгууда негизги эксерго-экономикалык жоготуу булактарынын бири.
• Төмөн сааттык чыгым көрсөткүчү дайыма жакшы термо-экономикалык натыйжа дегенди билдирбейт.
• Vaka 3 \(C_{ed}\), \(\Theta_{edi}\) жана \(\Theta_{ebi}\) көрсөткүчтөрү бирге бааланганда учуп чыгууда жана крейсердик режимде эң жакшы жыйынтык берет.
• Менчик CO₂ рейтинги учуу режимине көз каранды: учуп чыгууда Vaka 3, крейсердик режимде Vaka 2 эң төмөн мааниге ээ.
• Салыштырма нымдуулуктун жашоо циклинин наркына таасири башка негизги иштөө өзгөрмөлөрүнө караганда кичине.

Изилдөө колдобогон же сынабаган жыйынтыктар

• Беш учур реалдуу авиакомпания флотторунда 20 жыл бою сөзсүз ушул эле доллар/саат чыгымдарын түзөрү көрсөтүлгөн эмес.
• Белгилүү коммерциялык кыймылдаткыч бардык маршруттарда, бардык климаттарда же бардык операторлордо сөзсүз “эң жакшы кыймылдаткыч” экени далилденген эмес.
• Эксергияга негизделген экологиялык көрсөткүчтөр толук жашоо циклинин эмиссия инвентаризациясы же авиациянын бардык CO₂ден тышкаркы климаттык таасирлеринин өлчөмү эмес.
• Модель өтмө иш режимдери жана жумушчу агымдын агып кетиши сыяктуу айрым реалдуу кыймылдаткыч таасирлерин эсепке албайт.
• Кум жана чаң жутулушуна байланышкан компрессордун булганышы, канат эрозиясы жана ысык бөлүктүн деградациясынын экономикалык таасири түз моделденген эмес.
• Перс булуңу аймагы үчүн тандалган температура жана чөйрө шарттарынан Түркиядагы эксплуатациялык чыгымдарга түз сандык көчүрүү жүргүзүүгө болбойт.
• 3-сүрөттөгү Mach саны–LCC баянындагы булак ичиндеги карама-каршылыктан улам жогорку Mach саны сааттык жашоо циклинин наркын так азайтат же көбөйтөт деген жалгыз жыйынтык чыгарууга болбойт.

Изилдөөнүн ыкмасы жана жыйынтыктары

Эсептөө алкагы

Изилдөөнүн термодинамикалык негизин ошол эле изилдөө сериясынын биринчи бөлүгүндө иштелип чыккан жана өндүрүүчү маалыматтары менен жарыяланган кыймылдаткыч маалыматтарына салыштырылып текшерилген турбофан натыйжалуулук модели түзөт. Учурдагы иш бул термодинамикалык натыйжаларды жашоо циклинин наркы, SPECO негизиндеги эксерго-экономикалык эсептөө жана эксергияга негизделген экологиялык көрсөткүчтөр менен кеңейтет. Эксерго-экономикалык жана жашоо цикли моделдери MATLAB R2022b чөйрөсүндө ишке ашырылган. Авторлор GasTurb 14 жана MATLAB R2022b кыймылдаткыч моделдөөсүндө жана анализинде колдонулганын да белгилешет.

Каралган иштөө шарттары

Жашоо цикли сезимталдык анализинде чөйрөлүк жана учуу параметрлеринин төмөн жана жогорку иштөө чекиттери колдонулган:

• Айлана-чөйрөнүн температурасы: 288 K жана 320 K
• Салыштырма нымдуулук: %30 RH жана %100 RH
• Крейсердик Mach саны: 0,65 жана 0,90
• Крейсердик бийиктик: 8000 m жана 11.000 m

Компонент деңгээлиндеги эксерго-экономикалык салыштырууларда учуп чыгуу эталону 101,3 kPa, 288,15 K жана %30 салыштырма нымдуулук; крейсердик эталон болсо Mach 0,8 жана 8000 m катары колдонулган.

Дисконттолгон күйүүчү май чыгымынын айырмалары

Кыймылдаткычтын натыйжалуураак жана азыраак натыйжалуу иштөө чекиттеринин ортосундагы күйүүчү май чыгымынын айырмасы 20 жылдык дисконт процессинде учурдагы наркка айландырылган. Жылдык мүмкүнчүлүк пайдасы булакта төмөнкү негизги байланыш менен берилет:

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

жана жылдар боюнча учурдагы нарк:

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

Айлана-чөйрөнүн температурасы өзгөргөндө Vaka 3 болжол менен 1200 АКШ$/саат менен эң чоң дисконттолгон күйүүчү май чыгымынын айырмасын көрсөткөн. Mach 0,65–0,90 салыштыруусунда да Vaka 3 болжол менен 500 АКШ$/саат менен эң жогорку айырманы берген. Бийиктик 8000–11.000 m арасында өзгөртүлгөндө Vaka 3 үчүн айырма болжол менен 1200 АКШ$/саат деңгээлинде. Нымдуулуктун өзгөрүү таасири төмөн; эң чоң маани Vaka 5те болжол менен 300 АКШ$/саат деп берилген.

SPECO теңдеме системалары

Эксерго-экономикалык чечүүдө ар бир кыймылдаткыч компонентинин эксергия агымдарына чыгым ыйгарылып, жетиштүү санда көз карандысыз теңдемелерди түзүү үчүн көмөкчү чыгым байланыштары колдонулган. Эки валдуу кыймылдаткыч үчүн А тиркемесинде A1–A15 теңдемелери менен 14 белгисиздүү 14 көз карандысыз чыгым теңдемеси; үч валдуу кыймылдаткыч үчүн A16–A30 теңдемелери менен 15 белгисиздүү 15 көз карандысыз чыгым системасы түзүлгөн.

Бул түзүлүш фан, төмөн/жогорку басым компрессорлору, күйүү камерасы, жогорку/төмөн басым турбиналары, үч валдуу түзүлүштө орто басым турбинасы жана тиешелүү фан/өзөк соплолорунун капиталдык чыгымы менен эксергия агымынын чыгымын бир матрицалык чечимге бириктирет.

Компонент деңгээлиндеги негизги жыйынтыктар

• Vaka 1: Учуп чыгууда күйүү камерасы эң жогорку салыштырмалуу чыгым айырмасына жана нөлгө жакын эксерго-экономикалык факторго ээ. Крейсердик режимде жогорку басым компрессорунун \(f_k\) мааниси болжол менен %80ге жакындайт.
• Vaka 4: Үч валдуу архитектурада орто басым компрессору жана турбина чыгым жүгүн көбүрөөк компоненттерге бөлүштүрөт. Крейсердик режимде жогорку басым турбинасынын \(f_k\) мааниси болжол менен %73.
• Vaka 2: 288 K жана 320 K салыштыруусунда күйүү камерасы жалпы эксергия жок кылынышы жана инвестиция чыгымынын эң чоң компоненти; ысык иштөө шарты фанга, күйүү камерасына жана жогорку басым турбинасына ар башка деңгээлде таасир берет.
• Vaka 5: %30–%100 салыштырма нымдуулук өзгөрүүсүндө чыгым иерархиясы негизинен сакталат; күйүү камерасы болжол менен 2200 АКШ$/саат менен үстөм бойдон калат.
• Vaka 3: Mach өскөн сайын фан жана өзөк соплолорунун чыгым көрсөткүчү жогорулайт, бирок менчик эксергия чыгымы төмөндөйт.

Экологиялык жыйынтыктарды чогуу окуу

Эксергияга негизделген экологиялык көрсөткүчтөр бардык учурларда крейсердик режимде учуп чыгууга салыштырмалуу жакшырат: \(C_{ed}\) жана \(\Theta_{edi}\) төмөндөйт, \(\Theta_{ebi}\) жогорулайт. Тескерисинче, менчик CO₂ бардык учурларда крейсердик режимде өсөт. Бул эки жыйынтык карама-каршы эмес, анткени көрсөткүчтөр ар башка физикалык суроолорго жооп берет. Эксергия көрсөткүчтөрү термодинамикалык ресурстарды колдонуу жана жоготууларды баалайт, менчик CO₂ болсо бөлүнгөн көмүр кычкыл газын өндүрүлгөн тартууга нормалдаштырат.

Жыйынтыктар бөлүмүнүн 7-пунктунда Vaka 3 үчүн үч экологиялык көрсөткүч “best/lowest” маанилерди берген деп жазылган. Булактын өзүнүн Теңдеме (19) аныктамасына ылайык бул сөз айкашы \(\Theta_{ebi}\) үчүн техникалык жактан туура эмес: экологиялык жакшылык индексинде жогорку маани жакшы. 6-таблицада Vaka 3 чындап эң жакшы жыйынтык берет, бирок ага эң жогорку \(\Theta_{ebi}\) менен жетет.

Изилдөөнүн негизги чектөөлөрү

Жыйынтыктарды чечмелөө жети негизги модель божомолуна жана экономикалык кириш маалыматтарына көз каранды. Кыймылдаткычтар туруктуу абалда моделденген, өтмө таасирлер жана жумушчу агымдын агып кетиши эсепке алынган эмес, идеал газ ыкмасы колдонулган жана толук күйүү божомолдонгон. Күйүүчү майдын баасы, капиталдык чыгымдар, жылдык учуу сааттары, тейлөө чендери жана дисконт чени сыяктуу экономикалык кириштер реалдуу авиакомпания келечекте сөзсүз көрө турган чыгымдар эмес.

Белгисиздик анализи бул кириштердеги негиздүү өзгөрүүлөрдүн негизги тренддерге таасирин сынаса да, модель реалдуу дүйнөдөгү бардык белгисиздиктерди камтыбайт. Авторлордун келечектеги иш сунуштарында да айтылгандай, параметрлер арасындагы корреляцияларды моделдөө жана өнүккөн стохастикалык иштөө шарттарын түзүү келечектеги изилдөөлөр үчүн ачык.

Мындан тышкары, Перс булуңунун географиясында кыймылдаткыч эксплуатациясы үчүн маанилүү болушу мүмкүн болгон кум жана чаң жутулуу, компрессор булганышы, канат эрозиясы жана ысык бөлүктүн эскириши учурдагы экономикалык-эксергетикалык моделге киргизилген эмес. Изилдөөчүлөр муну келечектеги иштер үчүн маанилүү боштук деп белгилешет.

Булак жана ыкма эскертүүсү

Изилдөөнүн толук оригинал аталышы: Comparative Exergo-Economic, Exergo-Environmental, and Lifecycle Cost Analysis of High-Bypass Turbofan Engine Configurations

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

Авторлордун тартиби: Булактагы оригинал тартип өзгөрүүсүз сакталган. Булакта тең биринчи автор же тең салым жөнүндө билдирүү жок.

Жооптуу автор: Abdulrahman S. Almutairi.

Мекеме: 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.

Булак түрү: Рецензияланган изилдөө макаласы; эсептөө термодинамикасын/моделдөөнү, жашоо циклинин чыгым анализин, эксерго-экономикалык баалоону жана эксерго-экологиялык баалоону бириктирет.

Журнал: Aerospace

Басмакана: MDPI

Том / сан / макала номери: 13(7), 614

Жарыяланган күнү: 6 июль 2026

DOI: 10.3390/aerospace13070614

Расмий жарыя шилтемеси:MDPI — Aerospace 13(7), 614

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

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

Рецензия статусу: Макала рецензияланган жана ачык жеткиликтүү Aerospace журналында жарыяланган изилдөө макаласы.

Каржылоо: Авторлор изилдөө тышкы каржылоо албаганын билдиришкен.

Маалымат жеткиликтүүлүгү: Изилдөөнүн оригинал салымдары макаланын ичинде экени жана кошумча суроолор жооптуу авторго жөнөтүлүшү мүмкүн экени айтылган.

Кызыкчылыктардын кагылышы: Авторлор кызыкчылыктардын кагылышын билдиришкен эмес.

Автордук салымдар: Концептуалдаштыруу Abdulrahman S. Almutairi жана Hamad H. Almutairi; методология ошол эле эки автор; программалык камсыздоо Abdulrahman S. Almutairi, Hamad H. Almutairi жана Hamad M. Alhajeri; валидация ошол эле үч автор; формалдуу анализ Abdulrahman H. Alenezi жана Hamad H. Almutairi; изилдөө төрт автордун баары; ресурстар Abdulrahman S. Almutairi; маалыматтарды курациялоо Abdulrahman H. Alenezi жана Hamad M. Alhajeri; алгачкы долбоор Abdulrahman S. Almutairi, Hamad H. Almutairi жана Hamad M. Alhajeri; карап чыгуу жана редакциялоо Abdulrahman S. Almutairi жана Hamad H. Almutairi; визуалдаштыруу Hamad M. Alhajeri; көзөмөл Abdulrahman S. Almutairi жана Hamad H. Almutairi; долбоорду башкаруу Abdulrahman S. Almutairi тарабынан жүргүзүлгөн.

Сериядагы орду: Изилдөө ошол эле кыймылдаткыч конфигурацияларынын энергия жана эксергия натыйжалуулугун караган Part I ишинин уландысы. Учурдагы иш экономикалык жана экологиялык баалоону кошуп, изилдөө алкагын кеңейтет.

Библиографиялык дал келбестик эскертүүсү: Учурдагы изилдөөнүн [36] шилтемесинде Part I “Aerospace 2025, 13, 27” деп берилген. Part Iдин расмий журналдык шилтемеси “Aerospace 2026, 13, 27”; иш 26 декабрь 2025те онлайн жарыяланган. Ошондуктан учурдагы булактагы “2025” сөзү үнсүз өзгөртүлгөн эмес, расмий библиографиялык жазуу өзүнчө түшүндүрүлгөн.

Теңдеме эскертүүсү: Жашоо циклинин наркы Теңдеме (1)де баштапкы капитал термини \(C_{inst}\) деп жазылып, дароо кийинки түшүндүрмөдө \(C_{ini}\) колдонулган. Булактагы бул символ айырмасы сакталган.

Mach–LCC дал келбестиги: 3-сүрөттүн сандык түшүндүрмөсү Mach 0,90 үчүн Mach 0,65ке салыштырмалуу жогорураак сааттык жашоо циклинин чыгымдарын берет, кийинки текст болсо жогорку Mach мааниси төмөнүрөөк LCC берет деп айтат. Ошондуктан Verianla текстинде сааттык LCCнин багыты бир жыйынтыкка мажбурланган эмес. Mach өсүшү менчик эксергия чыгымын азайтары тууралуу өзүнчө эксерго-экономикалык жыйынтык булакта так колдоого алынат.

Экологиялык көрсөткүч терминологиясы боюнча эскертүү: Жыйынтыктар бөлүмүндөгү “үч көрсөткүчтүн баарында эң төмөн” деген сөз \(\Theta_{ebi}\) үчүн математикалык аныктамага туура келбейт. Vaka 3 экологиялык жакшылык индексинде эң жакшы жыйынтыкты эң жогорку маани менен берет.

Илимий чек: Изилдөө реалдуу кыймылдаткычтардан шыктанган беш эсептөө конфигурациясын баалайт. Жыйынтыктар реалдуу авиакомпания флотунда жүргүзүлгөн 20 жылдык байкоо изилдөөсү эмес. Кыймылдаткыч натыйжалуулугунун өтмө режимдери, айрым реалдуу эксплуатациялык таасирлер жана кум/чаңдан улам узак мөөнөттүү деградация экономикалык моделге киргизилген эмес. Жыйынтыктар колдонулган термодинамикалык модель, миссия профилдери жана экономикалык божомолдор алкагында бааланууга тийиш.

Мазмунду түзүү ыкмасы: Бул Verianla түшүндүрмөсү илимий жыйынтыктар боюнча каралган булак изилдөөсүнө гана негизделет. Тышкы булактардан жаңы эксперименталдык жыйынтык, жаңы натыйжалуулук мааниси, жаңы эмиссия маалыматы же булакта жок механизм кошулган эмес. Тышкы текшерүү изилдөөнүн идентификациясын, расмий жарыя жазуусун, рецензия статусун жана Part I библиографиялык жазуусун текшерүү менен гана чектелген.