Ин таҳқиқот панҷ конфигуратсияи муҳаррики турбофани дорои bypass-и баланд, аз ҷумла дунаварда ва сенаварда, аз нигоҳи арзиши давраи ҳаёти 20-сола, самаранокии эксерго-иқтисодӣ ва нишондиҳандаҳои экологӣ муқоиса мекунад. Моделҳои ҳисоббарорӣ бо тағйир додани шароити корӣ, аз ҷумла ҳарорати муҳит, намии нисбӣ, адади Mach-и парвоз ва баландӣ арзёбӣ шудаанд. Дар натиҷаҳои модел, масрафи сӯзишворӣ тақрибан %60–75 аз арзиши умумии соатии давраи ҳаётро ташкил дода, бузургтарин ҷузъи хароҷот будааст. Ҳарорати муҳит, баландии крейсерӣ ва адади Mach натиҷаҳои иқтисодӣ ва термодинамикиро ба таври назаррас тағйир додаанд, дар ҳоле ки таъсири намии нисбӣ маҳдудтар боқӣ мондааст. Ҳангоми парвоз аз замин нобудшавии эксергия ва бесамарии ҷузъҳо дар талафоти иқтисодӣ муҳимтар буда, дар шароити крейсерӣ аҳамияти нисбии хароҷоти сармоягузорӣ афзудааст. Маҳдудияти асосии таҳқиқот он аст, ки натиҷаҳо на ба озмоиши физикии флот, балки ба моделҳои ҳисоббарории тасдиқшудаи муҳаррик ва фарзияҳои муайяни иқтисодӣ такя мекунанд.

Таҳқиқот инчунин нишон медиҳад, ки танҳо ба меъёри хароҷоти соатӣ нигоҳ кардан метавонад барои тавзеҳи ҳолати воқеии термо-иқтисодии муҳаррик кофӣ набошад. Масалан, боло рафтани ҳарорати муҳит ё баландӣ дар баъзе шароит метавонад меъёри умумии хароҷотро кам кунад, вале хароҷот ба як воҳиди эксергияи муфидро зиёд намояд. Баръакс, дар диапазони Mach-и омӯхташуда, адади баландтари Mach баромади эксергияро дар соплоҳо зиёд карда, арзиши хоси эксергияро паст кардааст. Аз ин рӯ, “хароҷоти камтар дар як соат” ва “самаранокии беҳтари иқтисодӣ барои як воҳиди эксергияи муфиди истеҳсолшуда” як мафҳум нестанд.

Дар арзёбии экологӣ низ як нишондиҳанда тамоми манзараро шарҳ намедиҳад. Коэффисиенти нобудшавии экологии бар пояи эксергия ва индекси нобудшавии экологӣ дар крейсер нисбат ба парвоз аз замин кам шуда, индекси некӯии экологӣ зиёд гардидааст. Бо ин вуҷуд, партоби хоси CO₂ ба як воҳиди thrust-и истеҳсолшуда дар ҳамаи ҳолатҳо дар шароити крейсерӣ баландтар будааст. Дар байни панҷ конфигуратсия, Vaka 3 ҳам ҳангоми парвоз аз замин ва ҳам дар крейсер дар се нишондиҳандаи экологии бар пояи эксергия натиҷаи беҳтаринро нишон додааст; аз ҷиҳати CO₂-и хос бошад, ҳангоми парвоз Vaka 3 ва дар крейсер Vaka 2 пасттарин арзишро додаанд.

Аз нигоҳи Туркия: Натиҷаҳо метавонанд барои системаҳои тиҷоратии турбофан, ки дар Туркия истифода мешаванд ё баррасӣ хоҳанд шуд, чаҳорчӯбаи методологие пешниҳод кунанд, ки зарурати баррасии якҷояи ҳарорати муҳит, профили парвоз, баландӣ ва меъмории муҳаррикро нишон медиҳад. Аммо шароити кории таҳқиқот махсусан барои намояндагии минтақаи Халиҷ ва иқлими Кувайт интихоб шудаанд ва дар модели иқтисодӣ фарзияҳои мушаххас оид ба нархи сӯзишворӣ, соатҳои корӣ, меъёри дисконт ва хароҷоти нигоҳдорӣ истифода шудаанд. Аз ин рӯ, интиқоли мустақими арзишҳои доллар/соат ё рейтинги муҳаррикҳо ба фурудгоҳҳо, профилҳои вазифавии флот, шартномаҳои нигоҳдорӣ ва хароҷоти сӯзишворӣ дар Туркия дуруст нест; тасдиқи дубора бо маълумоти маҳаллӣ лозим аст.

Саволи асосии таҳқиқот чист?

Нуқтаи оғозии таҳқиқот ин аст, ки арзёбии турбофанҳои bypass-и баланд танҳо аз рӯи самаранокии термодинамикӣ барои интихоби муҳаррик ва қарорҳои дарозмуддати истифода кофӣ нест. Як муҳаррик метавонад самаранокии термодинамикии баландтар дошта бошад; аммо ҳангоми баррасии якҷояи хароҷоти сармоягузорӣ, нигоҳдорӣ, масрафи сӯзишворӣ ва нобудшавии эксергия натиҷаи иқтисодии дигар ба вуҷуд омада метавонад. Ба ҳамин монанд, масрафи пасти умумии сӯзишворӣ ҳатман маънои пасттарин бори экологӣ барои як воҳиди thrust-и муфид ё эксергияи истеҳсолшударо надорад.

Аз ин рӯ, муҳаққиқон таҳлили энергия ва эксергияро, ки қаблан барои ҳамин панҷ конфигуратсия таҳия карда буданд, васеъ намуда, ба се саволи асосӣ тамаркуз карданд: арзиши давраи ҳаёти 20-солаи муҳаррикҳо дар шароити гуногуни корӣ чӣ гуна тағйир меёбад; нобудшавии эксергия ва хароҷоти сармоявию истифодабарӣ дар сатҳи ҷузъҳо чӣ гуна ба хароҷот табдил меёбанд; ва нишондиҳандаҳои экологӣ дар асоси CO₂ ва эксергия барои ин муҳаррикҳо ҳангоми парвоз аз замин ва крейсер чӣ гуна фарқ мекунанд?

Панҷ конфигуратсияи турбофан чӣ гуна сохта шуданд?

Панҷ ҳолати омӯхташуда аз муҳаррикҳои воқеии bypass-и баланд, ки дар авиатсияи тиҷоратӣ истифода мешаванд, илҳом гирифтаанд. Таҳқиқот онҳоро на ҳамчун ченкуниҳои алоҳидаи флот аз муҳаррикҳои воқеӣ, балки ҳамчун конфигуратсияҳои ҳисоббарорӣ барои намояндагии меъморӣ ва хусусиятҳои гуногуни корӣ истифода мебарад.

Дар сохтори дунаварда, fan, компрессори фишори паст ва турбинаи фишори паст ҳамроҳ бо компрессори фишори баланд ва турбинаи фишори баланд тавассути ду системаи асосии навард ташкил мешаванд; дар сохтори сенаварда ба инҳо компрессори фишори миёна ва турбинаи фишори миёна илова мешаванд. Таҳқиқот нишон медиҳад, ки тақсим кардани кори фишурдан ва васеъшавӣ ба марҳилаҳои бештар дар меъмории сенаварда метавонад бори эксерго-иқтисодиро дар баъзе ҷузъҳо мутавозинтар гардонад.

Модел ба кадом фарзияҳои асосӣ такя мекунад?

Моделҳои муҳаррик дар шароити steady-state ҳал шудаанд; режимҳои гузаранда ба ҳисоб гирифта нашудаанд. Ҳавои воридшаванда ва газҳои ихроҷ ҳамчун омехтаҳои гази идеалӣ бо хусусиятҳои термофизикии вобаста ба ҳарорат модел шудаанд, ихроҷи working fluid нодида гирифта шудааст ва тағйироти эксергияи потенсиалӣ ба ҳисоб гирифта нашудаанд. Фарз шудааст, ки сӯзишворӣ пурра месӯзад, нитроген ҳамчун навъи ғайриреактивӣ рафтор мекунад ва дар ҳамаи конфигуратсияҳо Jet A-1 истифода мешавад. Талафи энергияи гармӣ дар камераи сӯзиш %2 аз барориши умумии гармӣ қабул шудааст. Шароити истинодии муҳит 288,15 K ва 101,3 kPa мебошанд.

Арзиши давраи ҳаёт чӣ гуна ҳисоб карда шуд?

Арзиши давраи ҳаёт (Lifecycle Costing, LCC) хароҷоти ибтидоии сармоягузории муҳаррикро бо хароҷоти истифода, нигоҳдорӣ ва сӯзишворӣ дар тӯли 20 соли хизмат муттаҳид карда, арзиши бақия/утилизатсияро дар охири умр тарҳ мекунад. Дар манбаъ Муодилаи (1) чунин дода шудааст:

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

Қайди манбаъ: Дар муодила аломати хароҷоти ибтидоии сармоягузорӣ ҳамчун \(C_{inst}\) омадааст, дар шарҳи матнии баъдӣ бошад барои ҳамин мафҳум \(C_{ini}\) истифода шудааст. Ин фарқи рамзӣ, ки дар манбаъ ҳаст, ҳамон тавр нигоҳ дошта шуда, хомӯшона ба як шакл оварда нашудааст.

Барои табдил додани пардохтҳои солонаи оянда ба арзиши иқтисодии ҳамарзиш дар соли ибтидоӣ усули present value истифода шудааст:

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

Дар ин ҷо \(A_0\) пардохти солонаи баробар, \(d\) меъёри дисконт ва \(n\) давраи арзёбӣ мебошад. Фарзияҳои асосии молиявии таҳлил чунинанд:

Вақтҳои гуногуни кори солона барои намояндагии профилҳои вазифавии кӯтоҳ/миёна ва дурпарвоз, ки ба муҳаррикҳо вобаста шудаанд, истифода шудаанд. Аз ин рӯ, фарқи умумии хароҷоти байни ҳолатҳо на танҳо аз самаранокии муҳаррик, балки аз фарзияҳои вақти истифодаи солона низ вобаста аст.

Чаро сӯзишворӣ дар маркази арзиши давраи ҳаёт аст?

Дар ҳамаи панҷ ҳолат хароҷоти сӯзишворӣ дар тӯли давраи моделсозии 20-сола тақрибан %60–75 аз арзиши умумии соатии давраи ҳаётро ташкил медиҳад. Ин натиҷа маънои онро дорад, ки шароити корие, ки масрафи сӯзишвории муҳаррикро тағйир медиҳанд, метавонанд ба рейтинги дарозмуддати хароҷот низ таъсири қавӣ расонанд.

Дар таҳлили парвоз аз замин, вақте ҳарорати муҳит аз 288 K то 320 K зиёд мешавад, арзиши соатии давраи ҳаёти Vaka 3 мувофиқи график аз тақрибан 10.500 ИМА$/соат то 9000 ИМА$/соат паст мешавад. Манбаъ ин фарқро тақрибан 1500 ИМА$/соат шарҳ медиҳад. Дар Vaka 4 ва Vaka 5 фарқи вобаста ба ҳарорат тақрибан 1000 ИМА$/соат аст, дар ҳоле ки Vaka 2 бо тақрибан 200 ИМА$/соат яке аз пасттарин ҳассосиятҳои ҳароратиро нишон медиҳад.

Ин дар назари аввал ғайричашмдошт аст, зеро дар 288 K самаранокии термодинамикӣ мусоидтар аст. Тибқи шарҳи муҳаққиқон, зичии пасттари ҳаво дар 320 K метавонад ҷараёни умумии массаи ҳаво ва ҷараёни мутлақи сӯзишвориро коҳиш дода, хароҷоти сӯзишвориро дар як соат кам кунад. Аммо ин маънои онро надорад, ки муҳити гарм муҳаррикро аз ҷиҳати термо-иқтисодӣ самараноктар мекунад. Таҳлили минбаъдаи эксерго-иқтисодӣ нишон медиҳад, ки ҳангоми зиёд шудани ҳарорат баромади эксергияи муфид метавонад зудтар коҳиш ёбад ва хароҷот ба як воҳиди эксергия афзоиш ёбад.

Чаро намии нисбӣ омили дуюмдараҷа боқӣ монд?

Ҳангоми зиёд шудани намии нисбӣ аз %30 то %100, тағйироти арзиши давраи ҳаёт нисбат ба таъсири ҳарорати муҳит, адади Mach ва баландӣ хеле хурдтар буданд. Дар арзёбии номуайянии Monte Carlo, таъсири тағйири намӣ ба LCC-и соатӣ дар диапазони 18–304 ИМА$/соат боқӣ монда, эҳтимоли тағйир ёфтани самти тренд %36 ҳисоб шудааст. Аз ин рӯ, муҳаққиқон намии нисбиро аз ҷиҳати иқтисодӣ ҳамчун драйвери дуюмдараҷа тасниф мекунанд.

Дар таҳлили ҷузъҳои эксерго-иқтисодӣ низ манзараи монанд ба назар мерасад. Дар Vaka 5, вақте нобудшавии умумии эксергия ва хароҷоти сармоявии камераи сӯзиш тақрибан 2200 ИМА$/соат аст, зиёд шудани намии нисбӣ аз %30 то %100 сохтори асосии хароҷотро ба таври назаррас тағйир намедиҳад. Тағйироти намоёнтарин дар турбинаи фишори миёна дида шуда, манбаъ онро каме бештар аз %6 тавсиф кардааст.

Чаро манбаъро дар масъалаи адади Mach боэҳтиёт хондан лозим аст?

Қабатҳои гуногуни таҳлили таҳқиқот таъсири адади Mach-ро ба нишондиҳандаҳои гуногуни иқтисодӣ яксон нишон намедиҳанд. Дар шарҳи рақамии Расми 3 барои Vaka 3 арзиши соатии давраи ҳаёт дар Mach 0,90 тақрибан 4000 ИМА$/соат дода мешавад, дар Mach 0,65 бошад гуфта мешавад, ки он тақрибан 600 ИМА$/соат пасттар аст. Барои Vaka 4 ва Vaka 5 низ дар Mach-и пасттар LCC-и соатии пасттар тавсиф шудааст.

Аммо шарҳи баъдӣ изҳор мекунад, ки адади Mach-и баландтар дар диапазони омӯхташуда самаранокии беҳтари сӯзишворӣ ва арзиши пасттари давраи ҳаёт медиҳад. Ин ду тавсиф пурра мувофиқ нестанд. Аз ин рӯ, агар ба маълумоти манбаъ содиқ монем, дар бораи самти таъсири Mach ба LCC-и соатӣ як хулосаи ягона ва бидуни зиддият додан имконнопазир аст.

Баръакс, таҳлили эксерго-иқтисодии сопло тренди равшантар нишон медиҳад: дар Vaka 3 бо зиёд шудани Mach аз 0,65 то 0,90 меъёри умумии хароҷоти соплоҳои fan ва core зиёд мешавад, вале арзиши хоси эксергия кам мегардад. Муҳаққиқон инро бо он мефаҳмонанд, ки ram effect-и қавитар фишор ва ҳарорати stagnation-и воридшавиро баланд мекунад ва баромади эксергия нисбат ба афзоиши хароҷот зудтар меафзояд. Пас, натиҷае, ки дар бораи Mach-и баландтар боэътимод гуфтан мумкин аст, ин аст, ки дар диапазони омӯхташуда арзиши хоси эксергия беҳтар мешавад; ин бо арзиши соатии давраи ҳаёт як чиз нест.

Баландӣ хароҷот ва самаранокии эксергияро чӣ гуна тағйир медиҳад?

Вақте баландии крейсерӣ аз 8000 метр то 11.000 метр зиёд мешавад, дар Расми 3 кам шудани хароҷоти соатии соҳибӣ дар ҳамаи ҳолатҳо дида мешавад. Барои Vaka 3 коҳиши тақрибан 1200 ИМА$/соат, барои Vaka 4 тақрибан 750 ИМА$/соат, барои Vaka 5 тақрибан 600 ИМА$/соат ва барои ду ҳолати дигар тақрибан 300 ИМА$/соат гузориш шудааст.

Аммо арзёбии хароҷоти хос дар сатҳи сопло ҷанбаи дигарро нишон медиҳад. Дар Vaka 1 ҳангоми зиёд шудани баландӣ дар диапазони 8000–11.000 m меъёри умумии хароҷоти соплоҳои fan ва core кам мешавад, вале хароҷот ба як воҳиди эксергияи муфид зиёд мегардад. Зичии пасттари ҳаво ва ҷараёни масса бори иқтисодии соатии системаро кам мекунанд, аммо метавонанд истеҳсоли эксергияи муфидро боз ҳам зудтар коҳиш диҳанд. Аз ин рӯ, хароҷоти пасттари соатӣ набояд худ аз худ ҳамчун самаранокии баландтари термо-иқтисодӣ тафсир шавад.

Таҳлили номуайянӣ то чӣ андоза трендҳои асосиро дастгирӣ кард?

Барои санҷидани он ки натиҷаҳои арзиши давраи ҳаёт ба фарзияҳои иқтисодӣ аз ҳад ҳассос ҳастанд ё не, паҳншавии номуайянии Monte Carlo бо 50.000 намунаи Latin Hypercube истифода шудааст. Барои хароҷоти ибтидоии сармоя ва хароҷоти сӯзишворӣ тақсимоти секунҷаи ±%15, барои меъёри дисконт %2–4, барои коэффисиенти истифода ва нигоҳдорӣ %4–6 ва барои арзиши бақия тақсимоти секунҷаи %5–15 истифода шудааст; соатҳои кори солона бо тақсимоти нормалии маҳдуди ±%5 намояндагӣ шудаанд. Параметрҳо мустақил аз ҳамдигар фарз шудаанд.

Таҳлили Monte Carlo нишон медиҳад, ки таъсири ҳарорати муҳит ва баландӣ дар зери номуайяниҳои иқтисодии истифодашуда нигоҳ дошта мешавад. Фарқи бузургии тағйироти Mach низ дар намунасозӣ устувор мондааст; аммо азбаски дар манбаъ зиддияти матнӣ дар бораи самти LCC мавҷуд аст, натиҷаи Monte Carlo ин зиддияти таҳририро бартараф намекунад.

Таҳлили эксерго-иқтисодӣ чиро чен мекунад?

Таҳлили эксерго-иқтисодӣ баргаштнопазирии термодинамикии ҷузъро бо хароҷоти сармоявӣ ва истифодабарии ҳамон ҷузъ дар як чаҳорчӯбаи арзёбӣ якҷо мекунад. Тавозуни хароҷоти ҷузъ дар ҳолати steady-state дар манбаъ чунин муайян шудааст:

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

Дар ин ҷо \(\dot{C}_{i,k}\) ва \(\dot{C}_{e,k}\) меъёрҳои хароҷоти ҷараёнҳои эксергияи воридшаванда ва хориҷшавандаро, \(\dot{C}_{w,k}\) меъёри хароҷоти интиқоли кор, \(\dot{C}_{q,k}\) меъёри хароҷоти интиқоли гармӣ ва \(\dot{Z}^{T}_{k}\) хароҷоти сармоягузорӣ ва истифода-нигоҳдории ҷузъро ифода мекунанд.

Дараҷаи зиёд шудани арзиши воҳидии эксергияи маҳсулот нисбат ба арзиши эксергияи сӯзишворӣ бо фарқи нисбии хароҷот \(r_k\) ифода мешавад:

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

Омили эксерго-иқтисодӣ \(f_k\) ҳиссаи хароҷоти сармоявӣ ва истифода-нигоҳдориро дар талафоти умумии иқтисодӣ чен мекунад:

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

Арзиши пасти \(f_k\) нишон медиҳад, ки хароҷот бештар аз нобудшавӣ ва талафоти эксергия сар мезанад; арзиши баланд \(f_k\) бошад, бартарии нисбии хароҷоти сармоявӣ ва истифодабариро нишон медиҳад. Аз ин рӯ, стратегияи оптималии такмил барои як ҷузъи муҳаррик метавонад ҳангоми парвоз аз замин ва дар крейсер фарқ кунад.

Чаро камераи сӯзиш ҳангоми парвоз аз замин муҳимтар аст?

Дар Vaka 1 ҳангоми парвоз аз замин камераи сӯзиш баландтарин арзиши \(r_k\)-ро нишон медиҳад, дар ҳоле ки \(f_k\) наздик ба сифр мемонад. Муҳаққиқон инро бо баргаштнопазирии қавие, ки аз омехташавии сӯзишворӣ-ҳаво, реаксияҳои химиявӣ ва градиентҳои баланди ҳарорат ҳангоми сӯзиш ба вуҷуд меоянд, алоқаманд мекунанд. Ҷараёни баланди сӯзишворӣ ва ҳарорати баланди сӯзиш ҳангоми парвоз аз замин ин таъсирро боз ҳам зиёд мекунанд.

Турбинаҳои фишори баланд ва паст ва компрессори фишори баланд низ ҳангоми парвоз аз замин хароҷоти назарраси нобудшавии эксергия ба вуҷуд меоранд. Дар Vaka 1, ки \(f_k\)-и ҳамаи ҷузъҳои асосӣ дар ин режим аз %50 паст аст, нишон медиҳад, ки талафоти иқтисодӣ бештар аз баргаштнопазирии термодинамикӣ вобаста аст, на аз хароҷоти сармоявӣ.

Чаро сохтори хароҷот дар крейсер тағйир меёбад?

Дар крейсер ҷараёни масса ва ҳарорати сӯзиши муҳаррик кам мешаванд, аммо хароҷоти сармоявии муҳаррики физикӣ аз байн намеравад. Ҳамин тавр, хароҷоти нобудшавии эксергия кам шуда, ҳиссаи нисбии хароҷоти сармоягузорӣ дар хароҷоти умумӣ зиёд мешавад. Дар Vaka 1 арзиши \(f_k\)-и компрессори фишори баланд дар крейсер ба тақрибан %80 наздик мешавад. Дар сохтори сенавардаи Vaka 4 бошад, \(f_k\)-и турбинаи фишори баланд дар крейсер тақрибан ба %73 мерасад.

Дар Vaka 4-и сенаварда, илова шудани компрессори фишори миёна ва турбинаи фишори миёна кори фишурдан ва васеъшавиро ба марҳилаҳои бештар тақсим мекунад. Манбаъ мегӯяд, ки ин фарқҳои нисбии хароҷоти байни ҷузъҳоро нисбат ба Vaka 1 мутавозинтар карда, метавонад тамоюли меъмории сенавардаро барои тамаркузи бори эксерго-иқтисодӣ дар як ҷузъ коҳиш диҳад.

Чаро арзиши хоси эксергия метавонад аз хароҷоти соатӣ маънодортар бошад?

Дар соплоҳои fan ва core-и Vaka 4 ҳангоми баланд шудани ҳарорати муҳит аз 288 K то 320 K меъёри умумии хароҷот кам мешавад, аммо арзиши хос зиёд мегардад. Азбаски ҳавои гармтар ҷараёни масса ва ҳаҷми умумии коркарди энергияро кам мекунад, система гӯё дар як соат хароҷоти камтар эҷод мекунад; аммо баромади эксергияи муфид зудтар кам мешавад ва аз ин рӯ хароҷоти иқтисодии ҳар GJ эксергияи муфид меафзояд.

Рафтори монанд дар Vaka 1 ҳангоми зиёд шудани баландӣ низ дида мешавад. Баръакс, дар Vaka 3 зиёд шудани Mach аз 0,65 то 0,90 меъёри хароҷоти соплоро зиёд карда, арзиши хосро кам мекунад. Яке аз паёмҳои асосии термо-иқтисодии таҳқиқот ин аст, ки арзиши умумии доллар/соат набояд танҳо ҳамчун нишондиҳандаи самаранокӣ истифода шавад.

Нишондиҳандаҳои экологӣ чӣ гуна муайян шуданд?

Муҳаққиқон ба ғайр аз партоби мустақими хоси CO₂, се нишондиҳандаи экологии бар пояи эксергияро истифода карданд. Коэффисиенти нобудшавии экологӣ \(C_{ed}\) ҳамчун баръакси самаранокии эксергетикии муҳаррик муайян мешавад:

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

Арзиши истинодии идеалӣ 1 аст; ҳар қадар арзиш ба 1 наздик шавад, натиҷа мусоидтар ҳисоб мешавад.

Индекси нобудшавии экологӣ \(\Theta_{edi}\) нисбати талафоти эксергия ва нобудшавии эксергияро ба эксергияи сӯзишворӣ дар якҷоягӣ бо коэффисиенти нобудшавии экологӣ арзёбӣ мекунад:

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

Дар ин нишондиҳанда арзиши идеалӣ ба сифр наздик мешавад. Индекси некӯии экологӣ \(\Theta_{ebi}\) баръакси он аст:

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

Пас, барои \(C_{ed}\) ва \(\Theta_{edi}\) арзиши паст, барои \(\Theta_{ebi}\) арзиши баланд самаранокии беҳтари экологӣ-эксергетикиро нишон медиҳад.

Vaka 3 ҳам ҳангоми парвоз аз замин ва ҳам дар крейсер пасттарин коэффисиенти нобудшавии экологиро медиҳад: мутаносибан 1,67 ва 1,37. Ҳамин ҳолат дар индекси нобудшавии экологӣ низ пасттарин ва дар индекси некӯии экологӣ баландтарин арзишҳоро ба даст овардааст.

Ҷадвал нишон медиҳад, ки Vaka 3 аз рӯи нишондиҳандаҳои эксергетикӣ дар ҳар ду режими корӣ беҳтарин конфигуратсия аст. Бо вуҷуди ин, ин се нишондиҳанда инвентаризатсияи мустақими партобҳо ё таҳлили пурраи таъсири экологии давраи ҳаёт нестанд; муҳаққиқон инро махсус қайд мекунанд.

Чаро натиҷаи CO₂-и хос рейтинги дигар эҷод мекунад?

CO₂-и хос миқдори CO₂-и дар як соат баровардашударо нисбат ба thrust-и истеҳсолшуда нормализатсия карда, бо воҳиди kg/(соат·kN) ифода мекунад. Дар таҳқиқот дар ҳамаи панҷ ҳолат CO₂-и хос дар крейсер нисбат ба парвоз аз замин баландтар буд. Сабаб он аст, ки гарчанде масрафи умумии сӯзишворӣ дар крейсер кам мешавад, thrust боз ҳам зудтар коҳиш меёбад ва аз ин рӯ CO₂ ба ҳар воҳиди thrust-и истеҳсолшуда зиёд мешавад.

Пасттарин CO₂-и хос ҳангоми парвоз дар Vaka 3 ва дар крейсер дар Vaka 2 ёфт шудааст. Vaka 4 ва Vaka 5-и сенаварда аз ҷиҳати CO₂-и хос махсусан дар крейсер камтар мусоид буданд. Азбаски графики манбаъ рақамҳои дақиқро дар матн ҳамчун ҷадвали алоҳида намедиҳад, дар ин ҷо аз график арзишҳои дақиқи CO₂ сохта нашудаанд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Дар доираи фарзияҳои хароҷотии омӯхташуда, масрафи сӯзишворӣ тақрибан %60–75 аз арзиши соатии давраи ҳаёти 20-соларо ташкил медиҳад.
• Ҳарорати муҳит, баландӣ ва адади Mach нишондиҳандаҳои иқтисодӣ ва термо-иқтисодиро нисбат ба намии нисбӣ қавитар тағйир медиҳанд.
• Ҳангоми парвоз аз замин бесамарии ҷузъҳо ва нобудшавии эксергия; дар крейсер бошад хароҷоти сармоявӣ нисбатан муҳимтар мешаванд.
• Камераи сӯзиш махсусан ҳангоми парвоз аз замин яке аз манбаъҳои асосии талафоти эксерго-иқтисодӣ мебошад.
• Меъёри пасттари хароҷоти соатӣ ҳамеша маънои самаранокии беҳтари термо-иқтисодиро надорад.
• Vaka 3 ҳангоми арзёбии якҷояи \(C_{ed}\), \(\Theta_{edi}\) ва \(\Theta_{ebi}\) ҳам дар парвоз ва ҳам дар крейсер натиҷаи беҳтарин медиҳад.
• Рейтинги CO₂-и хос ба режими парвоз вобаста аст: ҳангоми парвоз Vaka 3 ва дар крейсер Vaka 2 пасттарин арзишро нишон медиҳанд.
• Таъсири намии нисбӣ ба арзиши давраи ҳаёт нисбат ба дигар тағйирёбандаҳои асосии корӣ хурдтар аст.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ ё санҷиш намекунад

• Нишон дода нашудааст, ки панҷ ҳолат дар флотҳои воқеии ҳавопаймоӣ дар тӯли 20 сол ҳатман ҳамин хароҷоти доллар/соатро ба вуҷуд меоранд.
• Исбот нашудааст, ки як муҳаррики муайяни тиҷоратӣ дар ҳамаи хатсайрҳо, ҳама иқлимҳо ё барои ҳамаи операторҳо ҳатман “беҳтарин муҳаррик” аст.
• Нишондиҳандаҳои экологии бар пояи эксергия инвентаризатсияи пурраи партобҳои давраи ҳаёт ё ченаки ҳамаи таъсирҳои ғайри-CO₂-и иқлимии авиатсия нестанд.
• Модел баъзе таъсирҳои воқеии муҳаррик, аз ҷумла режимҳои гузаранда ва ихроҷи working fluid-ро ба ҳисоб намегирад.
• Таъсири иқтисодии ифлосшавии компрессор аз қум ва чанг, эрозияи blade ва фарсудашавии hot section мустақим модел нашудааст.
• Аз шароити ҳарорат ва муҳити интихобшуда барои минтақаи Халиҷ наметавон ба хароҷоти истифода дар Туркия интиқоли мустақими рақамӣ анҷом дод.
• Аз сабаби зиддияти дохилии манбаъ дар тавсифи Mach–LCC-и Расми 3, наметавон як хулосаи ягона баровард, ки Mach-и баландтар арзиши соатии давраи ҳаётро ҳатман зиёд ё кам мекунад.

Усул ва натиҷаҳои таҳқиқот

Чаҳорчӯбаи ҳисоббарорӣ

Асоси термодинамикии таҳқиқот модели самаранокии турбофан аст, ки дар қисми аввали ҳамин силсилаи таҳқиқот таҳия шуда, бо маълумоти истеҳсолкунанда ва маълумоти нашршудаи муҳаррик тасдиқ шудааст. Таҳқиқоти ҳозира ин баромадҳои термодинамикиро бо арзиши давраи ҳаёт, ҳисобҳои эксерго-иқтисодии бар пояи SPECO ва нишондиҳандаҳои экологии бар пояи эксергия васеъ кардааст. Моделҳои эксерго-иқтисодӣ ва давраи ҳаёт дар муҳити MATLAB R2022b татбиқ шудаанд. Муаллифон инчунин қайд мекунанд, ки GasTurb 14 ва MATLAB R2022b барои моделсозӣ ва таҳлили муҳаррик истифода шудаанд.

Шароити кории омӯхташуда

Дар таҳлили ҳассосияти давраи ҳаёт нуқтаҳои поёнӣ ва болоии параметрҳои муҳит ва парвоз истифода шуданд:

• Ҳарорати муҳит: 288 K ва 320 K
• Намии нисбӣ: %30 RH ва %100 RH
• Адади Mach-и крейсерӣ: 0,65 ва 0,90
• Баландии крейсерӣ: 8000 m ва 11.000 m

Дар муқоисаҳои эксерго-иқтисодии сатҳи ҷузъ, истиноди парвоз 101,3 kPa, 288,15 K ва %30 намии нисбӣ, истиноди крейсерӣ бошад Mach 0,8 ва 8000 m истифода шудааст.

Фарқҳои дисконтшудаи хароҷоти сӯзишворӣ

Фарқи хароҷоти сӯзишворӣ байни нуқтаҳои кории самараноктар ва камсамараноки муҳаррик дар раванди дисконтии 20-сола ба present value табдил дода шудааст. Фоидаи солонаи имконӣ дар манбаъ бо робитаи зерин муайян мешавад:

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

ва present value барои солҳо:

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

Ҳангоми тағйири ҳарорати муҳит Vaka 3 бо тақрибан 1200 ИМА$/соат бузургтарин фарқи дисконтшудаи хароҷоти сӯзишвориро нишон додааст. Дар муқоисаи Mach 0,65–0,90 низ Vaka 3 бо тақрибан 500 ИМА$/соат баландтарин фарқро додааст. Вақте баландӣ байни 8000–11.000 m тағйир дода шудааст, фарқ барои Vaka 3 тақрибан 1200 ИМА$/соат будааст. Таъсири тағйири намӣ пасттар аст; баландтарин арзиш дар Vaka 5 тақрибан 300 ИМА$/соат гузориш шудааст.

Системаҳои муодилаҳои SPECO

Дар ҳалли эксерго-иқтисодӣ ба ҷараёнҳои эксергияи ҳар ҷузъи муҳаррик хароҷот таъин шуда, барои ба даст овардани шумораи кофии муодилаҳои мустақил муносибатҳои ёрирасони хароҷот истифода шудаанд. Барои муҳаррики дунаварда дар Замимаи A бо муодилаҳои A1–A15 системаи 14 муодилаи мустақили хароҷот барои 14 номаълум; барои муҳаррики сенаварда бо муодилаҳои A16–A30 системаи 15 муодилаи мустақил барои 15 номаълум сохта шудааст.

Ин сохтор хароҷоти сармоявӣ ва хароҷоти ҷараёни эксергияи fan, компрессорҳои фишори паст/баланд, камераи сӯзиш, турбинаҳои фишори баланд/паст, дар меъмории сенаварда турбинаи фишори миёна ва соплоҳои fan/core-и вобастаро дар як ҳалли матритсавӣ якҷо мекунад.

Натиҷаҳои асосӣ дар сатҳи ҷузъ

• Vaka 1: Ҳангоми парвоз камераи сӯзиш баландтарин фарқи нисбии хароҷот ва омили эксерго-иқтисодии наздик ба сифр дорад. Дар крейсер \(f_k\)-и компрессори фишори баланд ба тақрибан %80 наздик мешавад.
• Vaka 4: Дар меъмории сенаварда компрессор ва турбинаи фишори миёна бори хароҷотро ба ҷузъҳои бештар тақсим мекунанд. Дар крейсер \(f_k\)-и турбинаи фишори баланд тақрибан %73 аст.
• Vaka 2: Дар муқоисаи 288 K ва 320 K камераи сӯзиш бузургтарин ҷузъи нобудшавии умумии эксергия ва хароҷоти сармоягузорӣ мебошад; шароити гарм ба fan, камераи сӯзиш ва турбинаи фишори баланд дар дараҷаҳои гуногун таъсир мерасонад.
• Vaka 5: Ҳангоми тағйири намии нисбӣ аз %30 то %100 иерархияи хароҷот асосан нигоҳ дошта мешавад; камераи сӯзиш бо тақрибан 2200 ИМА$/соат бартарӣ дорад.
• Vaka 3: Бо зиёд шудани Mach меъёри хароҷоти соплоҳои fan ва core зиёд мешавад, вале арзиши хоси эксергия кам мегардад.

Хондани якҷояи натиҷаҳои экологӣ

Нишондиҳандаҳои экологии бар пояи эксергия дар ҳамаи ҳолатҳо дар крейсер нисбат ба парвоз беҳтар мешаванд: \(C_{ed}\) ва \(\Theta_{edi}\) кам шуда, \(\Theta_{ebi}\) зиёд мегардад. Аммо CO₂-и хос дар ҳамаи ҳолатҳо дар крейсер зиёд мешавад. Ин ду натиҷа зид нестанд, зеро нишондиҳандаҳо ба саволҳои гуногуни физикӣ ҷавоб медиҳанд. Нишондиҳандаҳои эксергия истифода ва талафоти захираҳои термодинамикиро арзёбӣ мекунанд, CO₂-и хос бошад миқдори карбондиоксиди баровардашударо ба thrust-и истеҳсолшуда нормализатсия мекунад.

Дар банди 7-и бахши натиҷаҳо навишта шудааст, ки Vaka 3 дар ҳамаи се нишондиҳандаи экологӣ арзишҳои “best/lowest”-ро додааст. Тибқи таърифи худи манбаъ дар Муодилаи (19), ин ибора барои \(\Theta_{ebi}\) аз ҷиҳати техникӣ дуруст нест: дар индекси некӯии экологӣ арзиши баландтар беҳтар аст. Дар Ҷадвали 6 Vaka 3 воқеан натиҷаи беҳтаринро медиҳад, вале бо баландтарин \(\Theta_{ebi}\).

Маҳдудиятҳои асосии таҳқиқот

Тафсири натиҷаҳо ба ҳафт фарзияи асосии модел ва воридоти иқтисодӣ вобаста аст. Муҳаррикҳо дар steady-state модел шудаанд, таъсирҳои гузаранда ва ихроҷи working fluid нодида гирифта шудаанд, модели гази идеалӣ истифода шуда, сӯзиши пурра фарз шудааст. Воридоти иқтисодӣ, аз қабили нархи сӯзишворӣ, хароҷоти сармоя, соатҳои солонаи парвоз, меъёрҳои нигоҳдорӣ ва меъёри дисконт, хароҷоте нестанд, ки як ширкати воқеии ҳавопаймоӣ дар оянда ҳатман хоҳад дошт.

Гарчанде таҳлили номуайянӣ таъсири тағйироти қобили қабулро дар ин воридот ба трендҳои асосӣ месанҷад, модел ҳамаи номуайяниҳои ҷаҳони воқеиро фаро намегирад. Тавре ки дар пешниҳодҳои ояндаи муаллифон низ таъкид шудааст, моделсозии коррелятсияҳои байни параметрҳо ва сохтани шароити пешрафтаи стохастикии корӣ барои таҳқиқоти оянда боз мемонад.

Илова бар ин, фурӯ бурдани қум ва чанг, ифлосшавии компрессор, эрозияи blade ва фарсудашавии hot section, ки метавонанд барои истифодаи муҳаррик дар минтақаи Халиҷ муҳим бошанд, ба модели кунунии иқтисодӣ-эксергетикӣ дохил нашудаанд. Муҳаққиқон инро ҳамчун холигии муҳими таҳқиқоти оянда муайян мекунанд.

Қайди манбаъ ва усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот: Comparative Exergo-Economic, Exergo-Environmental, and Lifecycle Cost Analysis of High-Bypass Turbofan Engine Configurations

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

Тартиби муаллифон: Тартиби аслии манбаъ бетағйир нигоҳ дошта шудааст. Дар манбаъ изҳороти муаллифи якуми муштарак ё саҳми баробар вуҷуд надорад.

Муаллифи масъул: Abdulrahman S. Almutairi.

Муассиса: 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.

Навъи манбаъ: Мақолаи таҳқиқотии peer-reviewed; термодинамикаи ҳисоббарорӣ/моделсозӣ, таҳлили арзиши давраи ҳаёт, арзёбии эксерго-иқтисодӣ ва эксерго-экологиро муттаҳид мекунад.

Маҷалла: Aerospace

Ношир: MDPI

Ҷилд / шумора / рақами мақола: 13(7), 614

Санаи нашр: 6 июли 2026

DOI: 10.3390/aerospace13070614

Пайванди расмии нашр:MDPI — Aerospace 13(7), 614

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

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

Ҳолати peer review: Мақола дар маҷаллаи peer-reviewed ва open-access-и Aerospace нашр шудааст.

Маблағгузорӣ: Муаллифон гузориш додаанд, ки таҳқиқот маблағгузории беруна нагирифтааст.

Дастрасии маълумот: Зикр шудааст, ки саҳмҳои аслии таҳқиқот дар худи мақола мавҷуданд ва саволҳои иловагӣ метавонанд ба муаллифи масъул равона карда шаванд.

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон бархӯрди манфиатҳоро гузориш накардаанд.

Саҳмҳои муаллифон: Консептуализатсия Abdulrahman S. Almutairi ва Hamad H. Almutairi; методология ҳамин ду муаллиф; software Abdulrahman S. Almutairi, Hamad H. Almutairi ва Hamad M. Alhajeri; validation ҳамин се муаллиф; formal analysis Abdulrahman H. Alenezi ва Hamad H. Almutairi; investigation ҳамаи чор муаллиф; resources Abdulrahman S. Almutairi; data curation Abdulrahman H. Alenezi ва Hamad M. Alhajeri; draft-и аввал Abdulrahman S. Almutairi, Hamad H. Almutairi ва Hamad M. Alhajeri; review ва editing Abdulrahman S. Almutairi ва Hamad H. Almutairi; visualization Hamad M. Alhajeri; supervision Abdulrahman S. Almutairi ва Hamad H. Almutairi; project administration Abdulrahman S. Almutairi.

Ҷойгоҳ дар силсила: Ин таҳқиқот идомаи Part I аст, ки самаранокии энергетикӣ ва эксергетикии ҳамин конфигуратсияҳои муҳаррикро баррасӣ мекард. Таҳқиқоти ҳозира бо илова кардани арзёбии иқтисодӣ ва экологӣ чаҳорчӯбаро васеъ мекунад.

Қайди номувофиқии библиографӣ: Дар истиноди [36]-и таҳқиқоти ҳозира Part I ҳамчун “Aerospace 2025, 13, 27” дода шудааст. Истиноди расмии маҷалла барои Part I “Aerospace 2026, 13, 27” аст; таҳқиқот 26 декабри 2025 онлайн нашр шудааст. Аз ин рӯ, ифодаи “2025” дар манбаи ҳозира хомӯшона тағйир дода нашуда, сабти расмии библиографӣ алоҳида шарҳ дода шудааст.

Қайди муодила: Дар Муодилаи (1)-и арзиши давраи ҳаёт истилоҳи сармояи ибтидоӣ ҳамчун \(C_{inst}\) навишта шуда, дар шарҳи баъдӣ \(C_{ini}\) истифода шудааст. Ин фарқи рамзӣ дар манбаъ нигоҳ дошта шудааст.

Номувофиқии Mach–LCC: Шарҳи рақамии Расми 3 барои Mach 0,90 нисбат ба Mach 0,65 арзишҳои баландтари соатии давраи ҳаёт медиҳад, дар ҳоле ки матни баъдӣ мегӯяд, ки Mach-и баландтар LCC-и пасттар медиҳад. Аз ин рӯ, дар матни Verianla самти LCC-и соатӣ ба як хулосаи маҷбурӣ оварда нашудааст. Натиҷаи алоҳидаи эксерго-иқтисодӣ, ки афзоиши Mach арзиши хоси эксергияро кам мекунад, дар манбаъ равшан дастгирӣ шудааст.

Қайди терминологияи нишондиҳандаи экологӣ: Ифодаи “дар ҳар се нишондиҳанда пасттарин” дар бахши натиҷаҳо барои \(\Theta_{ebi}\) ба таърифи математикӣ мувофиқат намекунад. Vaka 3 дар индекси некӯии экологӣ натиҷаи беҳтаринро бо арзиши баландтарин медиҳад.

Ҳадди илмӣ: Таҳқиқот панҷ конфигуратсияи ҳисоббарориро, ки аз муҳаррикҳои воқеӣ илҳом гирифтаанд, арзёбӣ мекунад. Натиҷаҳо таҳқиқоти мониторинги 20-сола дар флоти воқеии авиакомпания нестанд. Режимҳои гузарандаи самаранокии муҳаррик, баъзе таъсирҳои воқеии истифода ва деградатсияи дарозмуддат аз қум/чанг ба модели иқтисодӣ дохил нашудаанд. Натиҷаҳо бояд дар доираи модели термодинамикӣ, профилҳои миссия ва фарзияҳои иқтисодии истифодашуда арзёбӣ шаванд.

Усули тавлиди мундариҷа: Ин шарҳи Verianla аз ҷиҳати натиҷаҳои илмӣ танҳо ба таҳқиқоти манбаи баррасишуда такя мекунад. Аз манбаъҳои беруна натиҷаи нави таҷрибавӣ, арзиши нави самаранокӣ, маълумоти нави партоб ё механизми дар манбаъ набуда илова нашудааст. Санҷиши беруна танҳо бо тасдиқи ҳувияти таҳқиқот, сабти расмии нашр, peer review ва сабти библиографии Part I маҳдуд шудааст.