Master's Thesis

Aerodynamic analysis of anti-surge modifications on turboprop engine

Final Thesis 8.42 MB

Author of thesis: Ing. Ondřej Novák

Acad. year: 2020/2021

Supervisor: Ing. Robert Popela, Ph.D.

Reviewer: Ing. Martin Zima

Abstract:

This thesis is focused on aerodynamic analysis of principles of increasing surge margin. The first chapter introduces aerospace compressors and sets up baseline knowledge of compressor characteristics and anti-surge devices. The second chapter provides detailed description of CFD model, settings, mesh dependence study and correlation with experimental data. The third chapter contains data from baseline configuration and identifies problematic areas of 1st stage compressor. The fourth chapter contains information obtained from CFD of each anti-surge device and subsequent process of optimalization. The thesis is concluded with comparission of the best version of each device using two objective criteria.

Keywords:

CFD, CFX, surge, anti-surge device, compressor, jetflap

Date of defence

15.06.2021

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentoval svou diplomovou práci, následně student zodpověděl otázku oponenta. Následovala diskuse s komisí nad jednotlivými aspekty práce. Otázky komise položené během diskuse mířily zejména na diagram úhlu náběhu před lopatkou rotoru, dopad navržených úprav na ostatní režimy motoru, konstrukční řešení navržené klapky a slotu. Tyto otázky student zodpověděl ke spokojenosti komise, která ohodnotila obhajobu práce známkou A.

Language of thesis

English

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Aerospace Engineering

Study programme

Mechanical Engineering (M2I-P)

Field of study

Aircraft Design (M-STL)

Composition of Committee

prof. Ing. Antonín Píštěk, CSc. (předseda)
doc. Ing. Jaroslav Juračka, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Vladimír Daněk, CSc. (člen)
doc. Ing. Miloslav Petrásek, CSc. (člen)
Ing. Miroslav Šplíchal, Ph.D. (člen)
Ing. Pavel Štrůbl (člen)
Ing. David Jágr (člen)

Supervisor’s report
Ing. Robert Popela, Ph.D.

Student se seznámil s komplexním tématem protipumpážních opatření u kompresorů turbovrtulových motorů. K analýze možností praktické implementace použil prostředky CFD na velmi pokročilé úrovni.Jednotlivé varianty hodnotil na základě intenzivních konzultací v General Electric Aviation. Student pracoval systematicky a zvládl téma ke kterému musel nastudovat velké množství teoretických podkladů, konkrétních konstrukčních podkladů motoru GE H80 a teorie CFD výpočtů. Práci hodnotím jako velmi kvalitní z hlediska praktické využitelnosti výsledků.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality B
Ability to interpret achieved results and draw conclusions B
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout B
Grafic layout, used style and language level B
Work with used sources including quotations A
Student's independence when working on the topic A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Martin Zima

Bc. Ondřej Novák v první části své diplomové práce popsal základní principy a typy kompresorových systémů leteckých proudových motorů, stejně jako jejich okrajové provozní podmínky a z toho vyplývající protipumpážní opatření.
Dále logicky odůvodňuje využití metod konečných objemů (CFD) pro analýzu zmíněných protipumpážních opatření. což je stěžejní část jeho diplomové práce. Detailním popisem okrajových podmínek, nastavení řešiče a popisem výpočetní sítě umožňuje čtenáři nahlédnout do nastavení výpočtu, čímž prokazuje velmi dobrou odbornost. Díky tomu, že jsou vyhodnocení jednotlivých opatření provedena na základě srovnání s nominálním případem, mohl autor analyzovat model s popsanými zjednodušeními.
Diplomová práce je napsaná s využitím široké slovní zásoby a dobrou konstrukcí anglických vět. V několika odstavcích je opakováno to, co bylo již řečeno, nebo jsou příliš dlouhé a čtenář se ztrácí v textu. Zobrazení jednotlivých protipumpážních opatření je ve velké míře provedeno pomocí izometrických obrázků, které by bylo vhodné doplnit pro lepší orientaci o technické nákresy.
V závěru autor shrnul výsledky a vytvořil doporučení pro případnou aplikaci navržených protipumpážních opatření. Student splnil cíle zadání a jeho diplomovou práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level B
Work with used sources including quotations C
Topics for thesis defence:
  1. Blíže objasněte okrajové podmínky případu JetFlap 45° & slot. Jsou vstupní parametry proudu pro vyfukování navázané na zdroj stlačeného vzduchu z odpouštěcího ventilu, jak je naznačeno na obr 5.16? Jaký vliv na účinnost odpouštěcího ventilu může mít dodatečné využití stlačeného vzduchu pro aktivní řízení proudu?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová