Optimización en el punto de diseño de un turbofán de geometría variable: Modos M1 y M13 con el nivel tecnológico lógico N4

Abstract

E l objetivo de este Trabajo Fin de Grado es la optimización de un turbofán de tres flujos en el punto de diseño. Este motor posee cuatro modos diferentes de operación dependiendo de los bypass que se encuentren abiertos. Se han analizado dos de estos modos, el modo M1 con el primer bypass abierto y el segundo y tercero cerrados, y el M13 con el primer y el tercer bypass abiertos y el segundo cerrado. El proyecto comienza definiendo las ecuaciones del modelo analítico del motor, las cuales resuelven el ciclo termodinámico de las diferentes etapas del mismo y se establecen los diferentes puntos de diseño para los que se va a analizar el funcionamiento del motor. Tras establecer el modelo se realizan los códigos en el software MATLAB que va a resolver numéricamente dichas ecuaciones. Así se realizan los mapas del consumo específico frente al empuje específico variando los parámetros de diseño. A partir de estos mapas se obtienen las leyes funcionales de dependencia del consumo y el empuje específico en función de cada uno de los parámetros. Por último, se hará el estudio de optimización, calculando el valor de los parámetros de diseño para el máximo empuje y para el mínimo consumo. Realizando, finalmente, un análisis de sensibilidad en torno a los puntos obtenidos para conocer la variación que pueden sufrir tanto el empuje como el consumo frente a pequeñas variaciones de los parámetros de diseño.

T he goal of this End-of-Degree Project is the optimization of a three-flow turbofan at the design point. This engine has four different modes of operation depending on the bypass that are open. We have been analysed two of these modes, the M1 mode with the first by-pass open and the second and third closed, and the M13 with the first and the third by-pass open and the second closed. The project begins by defining the equations of the analytical model of the engine, which solve the thermodynamic cycle of the different stages and establishing the different design points for which it is going to be analyzed the operation of the engine. After establishing the model, these equation will be solved numerically with MATLAB software. Thus, the maps of the specific fuel consumption (TSFC) vs the specific thrust will be done varying the design parameters. From these maps, the functional laws depending of each parametres are obtained. Finally, the optimization will be done, calculating the value of the design parameters for maximum thrust and minimum TSFC. Realizing, finally, a sensitivity analysis around the points obtained to know the variation that both, the thrust and the TSFC, can suffer from small variations of the design parameters.