Implementing partial MBSEin gas turbine engine architecture development and its reported advantages and disadvantages

Abstract

Modern uçak motorlarının ana bileşenlerinden biri olan gaz türbini motorları, itme kuvveti oluşturmak için havayı çekerek çalışır ve bu kuvvet daha sonra ileri doğru atılır. Bu motorlar, uçak performansını ve yakıt verimliliğini artırmayı amaçlayan havacılık endüstrisinde kritik öneme sahiptir. Gaz türbinli motorlar arasında turbofan motorlar bu hedeflere ulaşmada özellikle önemli bir rol oynamaktadır. Sistem mühendisliği perspektifi, havacılık endüstrisinde performansı artırmak ve güvenilirliği sağlamak amacıyla uçak motorları gibi karmaşık bileşenlerin entegre ve optimize edilmesi için gereklidir. Bu yaklaşım, karmaşık sistemlerin yaşam döngüleri boyunca entegre tasarımını, geliştirilmesini, uygulanmasını ve yönetimini vurgular. Uçak motorları gibi karmaşık sistemler, performansı optimize etmek için bileşenler arasındaki etkileşimler dikkate alınarak sistem mühendisliği merceğinden modellenir ve analiz edilir. Sistem mühendisliği, karmaşık sistemleri analiz etmek, tasarlamak ve yönetmek için çeşitli metodolojileri kapsar. Bu metodolojiler arasında öne çıkan iki yaklaşım Doküman Tabanlı Sistem Mühendisliği (DTSM) ve Model Tabanlı Sistem Mühendisliği (MTSM)'dir. Model Tabanlı Sistem Mühendisliği, sistem gereksinimleri, tasarımlar ve analizler gibi bilgilerin, sistem geliştirme sürecinde merkezi rol oynayan modeller aracılığıyla temsil edildiği daha yenilikçi bir yaklaşımı temsil eder. Bu çalışma, Kısmi MBSE'nin gaz türbinli motor mimarilerinin geliştirilmesinde uygulanmasını araştırmayı, avantaj ve dezavantajlarını değerlendirmeye odaklanmayı amaçlamaktadır. Gerçek dünyadaki örnek olay incelemelerini ve endüstri uygulamalarını inceleyerek bu araştırma, motor tasarımında MBSE'yi benimsemenin pratik sonuçlarına dair içgörü sağlamayı amaçlamaktadır. Bu çalışmanın bulgularının, MBSE'ye ve havacılık ve uzay mühendisliğindeki uygulamalarına ilişkin mevcut bilgi tabanına katkıda bulunarak, motor tasarım süreçlerini geliştirmek isteyen şirketlere değerli öneriler sunması bekleniyor. Bu çalışmanın ana vurgusu turbofan motorların tasarımı olmasına rağmen, şirket tarafından belirlenen özel kısıtlamalar, devam eden turbofan motor projesinin bu araştırmada kullanılmasını engellemektedir. Bu nedenle bu çalışmanın amaçları doğrultusunda pilot proje olarak TJ90 turbojet motoru projesi seçilmiştir.

Gas turbine engines, as one of the primary components of modern aircraft engines, function by drawing in air to generate propulsive force, which is then expelled forward. These engines are critically important in the aviation industry, aimed at enhancing aircraft performance and improving fuel efficiency. Among gas turbine engines, turbofan engines play a particularly significant role in achieving these goals. The perspective of systems engineering is essential for integrating and optimizing complex components like aircraft engines to enhance performance and ensure reliability in the aviation industry. This approach emphasizes the integrated design, development, implementation, and management of complex systems throughout their lifecycle and aircraft engines are no exception as they have to be modeled and analyzed through the lens of systems engineering, taking account of interactions between components to optimize performance. Systems engineering encompasses various methodologies for analyzing, designing, and managing complex systems. Among these methodologies, two prominent approaches are Document-Based Systems Engineering (DBSE) and Model Based Systems Engineering (MBSE). Model Based Systems Engineering represents a more innovative approach, where information such as system requirements, designs, and analyses are represented through models that play a central role in the system development process. This study aims to investigate the application of Partial MBSE in developing gas turbine engine architectures, focusing on evaluating its advantages and disadvantages. By examining real-world case studies and industry practices, this research aims to provide insights into the practical implications of adopting MBSE in engine design. It is expected that the findings of this study will contribute to the existing knowledge base on MBSE and its applications in aerospace engineering, offering valuable recommendations to companies seeking to enhance their engine design processes. Despite the primary emphasis of this study being on the design of turbofan engines, proprietary constraints set by the company prevent the use of the ongoing turbofan engine project in this research. Therefore, the TJ90 turbojet engine project has been chosen as a pilot project for the purposes of this study.