Evaluation of performance properties of two combustor turbofan engine

This article presents issues connected with modification of a bypass engine with an additional combustion chamber placed between the high pressure and low pressure turbines. At the beginning, on the basis of scientific literature analysis possible benefits were pointed out which follow from modification of a turbofan aircraft engine. First of all, the attention was drawn to a possibility to limit the gas temperature in the exhaust area of a combustion chamber, which helps to reduce NOx in relation to currently used aircraft engines. Then, a design solution scheme of a two combustor engine was presented. It was discussed how this solution modifies the engine cycle. The assumptions and the adopted limitations in the stage of preparing a numerical model of the engine were presented. The main parameters of the engine operating which were used to estimate its functional qualities were characterized. On the bases of an existing high bypass ratio turbofan engine and the assumptions concerning the influence of the mentioned modification of the engine to its internal characteristics performance properties of a two combustor engine in variable performance conditions were determined: for different speeds and flight altitudes. The results were graphically illustrated in the charts in the form of dependences of thrust, specific thrust, fuel consumption and specific fuel consumption vs. the flight speed for different altitudes. In the discussion of the obtained results performance characteristics for standard a high bypass ratio turbofan engine were referred to. On this basis possible benefits which follow from exploitation of the two combustor engine were shown. This engine is characterized by better performance characteristics in comparison to a conventional turbofan engine in the range of transonic velocity. It was pointed out that despite a little higher specific fuel consumption in take-off conditions it can be more economic in further exploitation cycle, which in the case of the aircraft for which it is dedicated, takes place mostly at a transonic velocity at the altitude of about 11 km.

W artykule przedstawiono zagadnienia związane z modyfikacją silnika dwuprzepływowego o dodatkową komorę spalania usytuowaną pomiędzy turbiną wysokiego i niskiego ciśnienia. Na wstępie, na podstawie analizy literatury, wskazano możliwe korzyści wynikające z zastosowania takiej modyfikacji lotniczego silnika dwuprzepływowego. Przede wszystkim zwrócono uwagę na możliwość ograniczenia maksymalnej temperatury spalin w przekroju wylotowym komory spalania w silniku tego typu, przez co istnieje możliwość istotnej redukcji NOx w odniesieniu do współcześnie eksploatowanych silników lotniczych. Następnie przedstawiono schemat rozwiązania konstrukcyjnego silnika z dwiema komorami spalania. Omówiono, jak takie rozwiązanie modyfikuje obieg silnika. Przedstawiono założenia i przyjęte ograniczenia na etapie przygotowywania modelu numerycznego silnika oraz scharakteryzowano główne parametry pracy silnika, które wykorzystano do oceny jego właściwości eksploatacyjnych. Na bazie danych istniejącego silnika dwuprzepływowego o dużym stopniu dwuprzepływowości oraz przyjętych założeń odnośnie wpływu omawianej modyfikacji silnika na jego charakterystyki wewnętrzne, wyznaczono osiągi silnika z dwiema komorami spalania w zmieniających się warunkach eksploatacji tj. dla różnej prędkości i wysokości lotu. Wyniki zilustrowano graficznie na wykresach w postaci zależności ciągu, ciągu jednostkowego, zużycia paliwa i jednostkowego zużycia paliwa od prędkości lotu dla różnych wysokości. W dyskusji uzyskanych wyników odniesiono się do charakterystyk eksploatacyjnych dla standardowych silników dwuprzepływowych o dużym stopniu dwuprzepływowości. Na tej podstawie wykazano możliwe korzyści wynikające z eksploatacji silnika z dwiema komorami spalania. Silnik ten cechuje korzystniejszy przebieg charakterystyk eksploatacyjnych od klasycznego silnika dwuprzepływowego w zakresie prędkości okołodźwiękowych. Zaznaczono, że pomimo nieco wyższych wartości jednostkowego zużycia paliwa w warunkach startowych, może on być ekonomiczniejszy w całym cyklu eksploatacyjnym, który w przypadku statków powietrznych do których jest dedykowany, odbywa się w zdecydowanej większości czasu z prędkością okołodźwiękową na wysokości ok 11 km.