Designing a fuel flow divider and observing fuel induced vibration for turboshaft engine application

Abstract

Bu çalışmada gaz türbinli motor çeşitlerinden biri olan turboşaft motoru için yakıt akış bölücü tasarımı ve yakıt sistemi üzerinde akışkan kaynaklı titreşimlerin gözlemlenmesi için araştırma ve test faaliyetleri yürütülmüştür. Günümüzün temel hava araçlarından biri olan helikopterlerde kullanılan turboşaft motor kritik alt sistemlere sahiptir. Bu sistemlerden biri olan yakıt sistemi alt elemanı yakıt akış bölücü parçası tasarım süreçleri bu çalışmada incelenmiştir. Yakıt akış bölücü parçası üzerinden yer alan yakıt hatları motorun yanma odasına yakıtı beslemekten sorumlu olup yanma odası tasarım süreçlerinde belirlenen rotalama çalışmalarına göre tasarım süreçleri yönetilir. Akışkan yönlendirici valfler taşıyan yakıt akış bölücü parçası ve boruları keskin hassasiyetlerde akışkanın bölünmesi ve yönlendirilmesi görevini üstlenir. Belirli basınç ve debi altında sürekli akışkan değişimi kabulü ile modellenen yakıt borusu katı kütle etkileşimi prensibine dayanarak ANSYS CFD ve ANSYS Static Structural programlarında modellenmiştir. CFD modülünde akışkan tanımı tamamlanarak, static modülüne akışkan girdileri sağlanmıştır. İki tarafından sabit mesnetli boru kabülü ile ilerlenerek laminar akışkan geçen yapı üzerinden toplam deformasyon ve doğal frekans hesaplamaları yürütülmüştür. Hesaplamada referans alınan basınç ve sabit debi altında boru üzerinden 3 eksende frekans verileri toplanmıştır. Elde edilen frekans değerleri, teorik ve program hesapları ile karşılaştırıldığında sonuçların birbirini doğrular nitelikte olduğu gözlemlenmiştir.In this study, research and testing activities were carried out to design the fuel flow divider for the turboshaft engine, one of the gas turbine engine types, and to observe fluid-induced vibrations on the fuel system. The turboshaft engine used in helicopters, one of today's basic aircraft, has critical subsystems. The design processes of the fuel system sub-element fuel flow divider part, which is one of these systems, are examined in this study. The fuel lines located over the fuel flow divider part are responsible for feeding fuel to the combustion chamber of the engine, and the design processes are managed according to the routing studies determined in the combustion chamber design processes. The fuel flow divider part and pipes carrying fluid diverter valves undertake the task of dividing and directing the fluid with sharp precision. The fuel pipe, modeled with the assumption of continuous fluid change under certain pressure and flow rate, was modeled in ANSYS CFD and ANSYS Static Structural programs based on the solid-mass interaction principle. Fluid definition has been completed in the CFD module and fluid inputs have been provided to the static module. Total deformation and natural frequency calculations were carried out on the structure with laminar fluid passing by using a fixed supported pipe on both sides. From a dynamic perspective, the structural effects of the design part caused by fluid pressure and flow rate are observed and their effects on the interface parts are observed. Frequency data were collected in 3 axes on the pipe under the pressure and constant flow rate taken as reference in the calculation. When the obtained frequency values were compared with theoretical and program calculations, it was observed that the results confirmed each other.