Preliminary design of fuel feed systems

Maciej Bielecki

Abstract

The main idea of design of fuel feed system is desire to obtain system prepared to cooperate with specific object, in this case with aircraft engine. Connection between engine design and fuel feed system is unusually complicated, so it is require to take into account all of the difficulties. There is necessary to creation of exact mathematical algorithm, correlated with available data which are verified by engine test. These measurements include rotation speed, pressure and temperature for the specific engine sections. The first stage of the fuel feed system design is determine the requirements for considered engine. Then it is important to select the appropriate structure and control rules. After that, designer should specify range of variability and relations which are implemented by the system. The final step in the preliminary design of the fuel feed system is determination of parameters describing the state of engine, fuel distributors and measurement system. For this purpose, it is necessary to design a mathematical model of the engine and directly cooperation components. In this study, in order to ensure the accuracy of the fuel feed system there is correlated with data obtained in an experimental way. Based on the characteristics of the K- 15 aircraft engine, created during engine test carried out at the Institute of Aviation, there is determined the scope and limits of variation for each parameter. In addition, in order to verify the propriety of the obtained results, there is comparison with the characteristic of the fuel pump being part of the K-15 engine. Thus data obtained by the preliminary design of fuel feed system can be compared with measured data during research in the engine test bench. Furthermore, in order to analyze the work of the fuel feed system during acceleration in the flight conditions where the Mach speed is not zero, the calculation was made taking into account the variable speed air flow at the inlet to the engine. Aircraft engine, which is a control object must comply specific, rigorous requirements. This complexity is the results from the changing environmental conditions in which operates an aircraft propulsion. There are pressure, temperature and air density changes due to a wide range of altitude and speed of flight. The control person should be responsible for monitoring the minimum number of the parameters determining the proper working of the engine. This tasks should meet the control system. In this study, project of the fuel feed system, which is fuel control system as well, cooperating with engine design is control by engine rotational speed and altitude where the engine is working. Moreover, besides treating the fuel system as integrated part of engine, there is analysis of the individual components and sensors that make the fuel feed system. 8 The final stage of this thesis is project of computer application used to determine the parameters defining the cooperation of the fuel feed system and engine design working in the engine test bench. In this regard, the previously prepared mathematical model and thermodynamic calculation describing processes that occur during engine working was used. The created application with the working name “Hamownia” allows to research the essential parameters of the engine, such as total pressure, total temperature for the specific engine sections and to identify the variability of the mass flow and fuel flow. All calculations are performed for specified atmospheric conditions by the user.
Diploma typeMaster of Science
Author Maciej Bielecki WMEiL
Maciej Bielecki,,
- Faculty of Power and Aeronautical Engineering
Title in PolishProjekt wstępny układu zasilania silnika lotniczego
Supervisor Jan Kindracki ITC
Jan Kindracki,,
- The Institute of Heat Engineering
Certifying unitFaculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Affiliation unitThe Institute of Heat Engineering (IHE)
Study subject / specializationLotnictwo i Kosmonautyka
Languagepl polski
StatusFinished
Defense Date14-01-2013
Issue date (year)2013
Pages95
Internal identifierMEL; PD-2024
Reviewers Jan Kindracki ITC
Jan Kindracki,,
- The Institute of Heat Engineering
Keywords in Polishukład zasilania, układ paliwowy, sterowanie silnikiem
Keywords in Englishxxx
Abstract in PolishPrzewodnią myślą projektowania układu zasilania jest uzyskanie modelu zdolnego do współpracy z konkretnym obiektem, w tym przypadku silnikiem lotniczym. Połączenie modelu silnika z układem paliwowym wiąże się z wieloma utrudnieniami, koniecznymi do uwzględnienia na etapie projektowania. W celu stworzenia poprawnego modelu bardzo ważne jest opracowanie dokładnego aparatu matematycznego, skorelowanego z dostępnymi danymi, najlepiej poddanymi eksperymentalnej weryfikacji. Pomiary te, zwykle obejmują prędkość obrotową zespołów wirnikowych oraz ciśnienia i temperatury w charakterystycznych przekrojach silnika. Pierwszym etapem projektowania układu zasilania jest określenie postawionych wymagań odnośnie rozpatrywanego silnika. Następnie należy dobrać odpowiednią strukturę i zasady sterowania. Wymaga się określenia zakresu zmienności parametrów oraz zależności jakie mają być realizowane przez układ. Ostatnim etapem tworzenia projektu wstępnego układu zasilania jest dobranie konkretnych powiązań pomiędzy wielkościami opisującymi stan silnika, dozowniki paliwa i układ pomiarowy. W tym celu niezbędne jest stworzenie modelu matematycznego silnika oraz bezpośrednio współpracujących z nim zespołów i urządzeń. W niniejszej pracy w celu zapewnienia dokładności modelu układu zasilania dokonano korelacji z danymi uzyskanymi w sposób eksperymentalny dla silnika K-15. Opierając się na charakterystyce silnika K-15 sporządzonej na podstawie próby silnika wykonanej w Instytucie Lotnictwa ustalono zakres zmienności oraz wartości graniczne dla poszczególnych parametrów. Dodatkowo w celu weryfikacji poprawności uzyskanych wyników dokonano porównania ich z charakterystyką pracy pompy paliwowej silnika K-15. Na tej podstawie, wyniki uzyskane dzięki opracowanemu układowi paliwowo-regulacyjnemu mogą być porównywane z danymi pomiarowymi uzyskanymi w trakcie badań silnika w hamowni stacjonarnej. Ponadto w celu określenia charakteru pracy układu zasilania podczas akceleracji w warunkach lotu, gdzie prędkość Macha jest różna od zera, dokonano obliczeń z uwzględnieniem zmiennej prędkości strumienia powietrza na wlocie do silnika. Silnik lotniczy, który pełni funkcję obiektu sterowania musi spełniać określone, rygorystyczne wymagania. Ich złożoność wynika ze zmiennych warunków otoczenia w których pracuje napęd samolotu. Z szerokiego zakresu zmian wysokości i prędkości lotu, wynikają zmiany ciśnienia, temperatury i gęstości powietrza. Osoba sterująca powinna mieć obowiązek kontrolowania jak najmniejszej liczby parametrów określających właściwą pracę silnika. Te zadania powinien przejąć układ sterowania. 6 W niniejszej pracy utworzono model układu zasilania współpracującego z modelem silnika, w którym sterowalnym parametrem jest prędkość obrotowa silnika oraz pułap na którym ten silnik pracuje. Ponadto, oprócz potraktowania układu paliwowego jako całościowego elementu sterującego silnikiem, dokonano analizy poszczególnych podzespołów oraz czujników pomiarowych składających się na układ zasilania. Ostatnim etapem niniejszej pracy magisterskiej jest utworzenie aplikacji obliczeniowej służącej do wyznaczania parametrów określających współpracę układu paliwowego z modelem jednowirnikowego jednoprzepływowego turbinowego silnika odrzutowego pracującego w hamowni stacjonarnej. W tym celu wykorzystano opracowany model matematyczny oraz przeprowadzone obliczenia termogazodynamiczne określające charakterystykę procesów zachodzących podczas pracy silnika. Utworzona aplikacja o roboczej nazwie „Hamownia” pozwala na pomiar podstawowych parametrów pracy silnika takich jak ciąg, ciśnienia spiętrzenia, temperatury spiętrzenia dla charakterystycznych przekrojów silnika oraz określenie charakterystyk zmienności masowego natężenia przepływu oraz wydatku paliwa. Wszystkie obliczenia wykonywane są dla określonych przez użytkownika warunków atmosferycznych.
File
Projekt wstępny układu zasilania silnika lotniczego - Maciej Bielecki.pdf 2.5 MB

Get link to the record
msginfo.png

Back