Projeto Conceptual de um Motor Turbofan com Pós-Combustor para um RPAS

Abstract

Atualmente o mercado dos “Remotely Piloted Aicraft Systems” (RPAS) está em expansão. As previsões apontam para que este mercado continue a crescer durante os próximos anos, o que traz desafios na evolução dos mesmos. Esta expansão deve-se à descoberta das potencialidades em aplicações civis dos RPAS, que podem ir desde a agricultura e vigilância de atividades de comércio ilegais, até à cartografia e inspeção de redes elétricas. Estes sistemas vão desde dispositivos com escalas pequenas, até dispositivos com dimensões consideráveis que empregam componentes que estão presentes em aeronaves comerciais e até militares. Com esta expansão é necessário o associamento evolutivo dos sistemas que integram os RPAS para que hajam cada vez mais e melhores dispositivos e para que possam ser aplicados a novos tipos de missões, quer sejam estas civis ou militares. É neste sentido que este trabalho se encontra orientado. O objetivo de desenvolver um projeto ainda que concetual, é mais um passo no sentido desse progresso. É definida uma missão para um RPAS e a partir dessa missão que dita os requisitos necessários do projeto, são idealizados um conjunto de parâmetros de motor turbofan com pós-combustor ou afterburner. Para tal procede-se à construção de uma rotina de cálculo no software MATLAB que permite a análise da performance deste tipo de motores. De seguida, são executadas várias corridas da rotina de cálculo para analisar as performances dos parâmetros dos vários motores, obtidos por interpolação. Selecionado o caso mais favorável, são realizadas um conjunto de otimizações dos parâmetros desse caso de forma a se conseguir uma redução no consumo de combustível, não comprometendo a realização da missão. Por fim, são calculadas algumas características físicas do motor, nomeadamente a área, aproximada, da secção frontal e o peso em seco estimado do motor.

Currently the market for "Remotely Piloted Aicraft Systems" (RPAS) is expanding. The forecasts indicate that this market will continue to grow during the next few years, which presents challenges in their evolution. This expansion is due to the discovery of the potentialities in civil applications of the RPAS, which can range from agriculture and surveillance of illegal trade activities, to the mapping and inspection of electrical networks. These systems range from small scale devices to devices with considerable dimensions that employ components that are present in commercial aircraft and even military aircraft. With this expansion, evolutionary association of the systems that integrate the RPAS is necessary so that there are more and better devices and so that they can be applied to new types of missions, be they civil or military. It is in this sense that this work is oriented. The objective of developing a project, even if conceptual, is yet another step towards this progress. A mission is defined for a RPAS and from that mission that dictates the necessary requirements of the project, a set of parameters of turbofan engine with post-combustor (or afterburner) are idealized. This is done by constructing a calculation routine in MATLAB software that allows the analysis of the performance of this type of motor. Then, the results of several executions of this routine are used to analyze the performances parameters of the various motors, obtained by interpolation. Once the most favorable case has been selected, a set of optimizations of the parameters of this case is carried out in order to achieve a reduction in fuel consumption, without compromising the accomplishment of the mission. Finally, some physical characteristics of the engine are calculated, namely the approximate area of the front section and the estimated dry weight of the engine.