DENEYSEL BİR MİKRO TURBOJET MOTORDA DİNAMİK KOŞULLARDA PERFORMANS MODELLEMESİ

Abstract

Havacılık sektöründe, operasyonel verimliliği artırmak, maliyetleri düşürmek ve çevresel etkileri azaltmak amacıyla hava aracı motorlarının performans modellemesi kritik öneme sahiptir. Bu tez çalışmasında, JetCat-P80 mikro turbojet motoru özelinde hem teorik hem de deneysel analizler gerçekleştirilmiştir. Elde edilen veri seti kullanılarak, turbojet performans parametrelerinin modellemesi regresyon yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Tez kapsamında, teorik analizler kullanılarak farklı gaz kolu ayarlarında, çeşitli uçuş koşullarında (Mach sayısı ve irtifa) ve farklı tasarım değişkenlerinde (kompresör sıkıştırma oranı ve türbin giriş sıcaklığı) mikro turbojet motorunun itki, özgül yakıt tüketimi, itki verimi ve termal verim gibi farklı parametreleri hesaplanmıştır. Daha sonra, elde edilen bu parametrelerin birinci ve ikinci dereceden regresyon modellemesi gerçekleştirilmiştir. Motor parametrelerinin elde edilmesinde GasTurb-14 yazılımı ve parametrik çevrim denklemleri kullanılırken, grafiklerin ve regresyon modellemesinin elde edilmesinde MATLAB yazılımı kullanılmıştır. Deneysel analizler kısmında ise hem kararlı hem de dinamik gaz kolu ayarlarında itki, yakıt debisi, özgül yakıt tüketimi, termal verim ve egzoz gaz sıcaklığı ölçülmüştür. Kararlı ve dinamik koşullarda sırasıyla 930 ile 1.137 veri elde edilmiştir. Bu veriler kullanılarak RPM'ye bağlı regresyon modellemesi ve grafikler MATLAB yazılımı ile gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak, teorik veriler ile mikro turbojet performans modellemesinde Mach sayısı ve irtifaya bağlı olarak hesaplanan R2 değerlerinin 0,97675 ile 0,99954 arasında değiştiği hesaplanırken, tasarım değişkenlerine bağlı performans modellemesinde R2 değerlerinin 0,95906 ve üzeri olduğu belirlenmiştir. Ek olarak, deneysel verilerle gerçekleştirilen modellemede R2 değerleri kararlı koşullarda 0,812 ile 0,9982 arasında, dinamik koşullarda ise 0,5231 ile 0,9887 arasında bulunmuştur. Modelleme sayesinde, farklı uçuş koşulları ve tasarım parametreleri kullanılarak motor performansındaki değişimlerin görece düşük hata değerleriyle tahmin edilebildiği tespit edilmiştir. Anahtar Kelimeler: JetCat-P80, Modelleme, Turbojet, Verim, Regresyon

In the aviation industry, performance modeling of aircraft engines is critical to increasing operational efficiency, reducing costs, and minimizing environmental impact. In this thesis, both theoretical and experimental analyses were performed specifically for the JetCat-P80 micro turbojet engine. By employing the obtained dataset, the modeling of turbojet performance parameters was carried out with the regression method. Within the scope of the thesis, various parameters of the micro turbojet engine, such as thrust, specific fuel consumption, thrust efficiency, and thermal efficiency, were calculated by employing theoretical analyses at different throttle settings, various flight conditions (Mach number and altitude), and different design variables (compression ratio and turbine inlet temperature). Subsequently, first- and second-degree regression analyses were performed based on the obtained parameters. GasTurb-14 software and parametric cycle equations were used to obtain the engine parameters, while MATLAB software was used to obtain the graphs and regression modeling. In the experimental analysis section, thrust, fuel flow rate, specific fuel consumption, thermal efficiency, and exhaust gas temperature were measured at both steady-state and dynamic throttle settings. A total of 930 and 1,137 data points were obtained under steady-state and dynamic operating conditions, respectively. Using these data, RPM-based regression modeling and graphs were performed using MATLAB software. As a result, the R² values calculated in micro turbojet performance modeling with theoretical data varied between 0.97675 and 0.99954 depending on Mach number and altitude, whereas the R² values were determined to be 0.95906 and above in performance modeling dependent on design variables. Additionally, in the modeling performed with experimental data, R² values were found to be between 0.812 and 0.9982 under steady-state conditions and between 0.5231 and 0.9887 under dynamic conditions. Thanks to the modeling, it was detected that variations in engine performance could be predicted with relatively low error values by utilizing different flight conditions and design parameters. Keywords: JetCat-P80, Modeling, Turbojet, Efficiency, Regression