Pohon letadla se statickou rekuperací

Abstract

Tato práce se zabývá možnostmi, jak vylepšit účinnost leteckého pohonu použitím konceptu statické rekuperace. Myšlenkou tohoto konceptu je využít aerodynamické síly působící na statické lopatky ve vstupním ústrojí ke zvýšení celkového tahu systému. Nejdříve je stručně popsána historie pohonu letadel. Následně jsou představeny nejčastěji používané letecké pohony a je také probrána jejich účinnost. Zmíněny jsou i nadějné pohonné systémy budoucnosti, jako třeba hybridní pohonné systémy a čistě elektrické pohonné systémy. V kapitole o teorii jsou představeny fyzikální modely, které jsou v současnosti používány k teoretickému popisu pohonu letadel, přičemž je diskutována jejich míra korespondence s realitou. V této kapitole je také probrána teorie stojící za konceptem statické rekuperace, jak je v této práci chápána. Na základě poznatků z předcházejících kapitol je poté vytvořen 3D model pomocí CAD programu NX Siemens. Tento model je zamýšlen jako testovací jednotka tohoto systému a je postaven okolo reálného dmychadla HET 9305, pro případné snazší vyrobení a testování prototypu. Nakonec je provedena CFD analýza systému s použitím výpočetního software Ansys Fluent. Výsledky simulace ukazují, že tento systém může být použitelný, a to zejména pro nižší rychlosti letu, kde jsou statické lopatky schopny poskytnout přídavný tah do systému.

This thesis studies the possibilities of improving aircraft propulsion system efficiency by engaging the concept of static recuperation. The idea is to improve overall thrust by aerodynamic forces acting on static blades placed in the propulsion system’s intake. Firstly, the history of aircraft propulsion is briefly described. Subsequently, the most common aircraft propulsion systems are introduced with a focus on their fuel consumption. The promising hybrid and all electric propulsion systems are also elaborated. The chapter Theory of recuperative propulsion deals firstly with different physical models that are used to describe aerospace propulsion with different levels of fidelity. This chapter also provides the theoretical background for the recuperation model. Based on the findings of previous chapters, a 3D model of a recuperative propulsion is designed using NX Siemens CAD software. This model is intended as a test unit and is built around real components (mainly the HET 9305 impeller) and can be used later on for a real lab testing. Finally, a CFD simulation of this propulsion system was performed using Ansys Fluent software. The simulation results show that this concept could be advantageous particularly for lower flight speeds where the static blades are able to provide significant additional thrust.