سپهر صنایع - استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران
علی خراسانی اناری - دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی هوافضا، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران

در بررسی و تحقیق بر روی موتورهای پیستونی هوایی، بازیابی توان تولیدی در ارتفاعات با استفاده از فناوری توربوشارژرها امری بسیار مهم است انتخاب صحیح توربوشارژرها و انطباق آن ها با موتور می تواند به تنفس طبیعی موتور در ارتفاعات، جلوگیری از کاهش توان موتور و همچنین افزایش سطح ارتفاع پروازی موتور با حفظ توان تولیدی، کمک شایانی کند. در تحقیق حاضر، با استفاده از مدل سازی یک بعدی و نرم افزار تجاری GT-Power یک موتور احتراق داخلی هوایی 4 سیلندر مدل شد. در ابتدا متور به همراه توربوشارژر پایه، مدل شد و نتایج به دست آمده از نرم افزار با نتایج ارائه شده توسط شرکت سازنده موتور هوایی مقایسه و صحت سنجی شد. طبق اطلاعات شرکت سازنده، این موتور به همراه توربوشارژر پایه خود (GT25) قادر است تا ارتفاع 16000 پایی پرواز کند. در این تحقیق به منظور افزایش ارتفاع پروازی موتور تا 24000 پا و همچنین جلوگیری از کاهش توان موتور در ارتفاعات (حفظ توان موتور در ارتفاعات)، به وسیله روش محاسباتی، یک توربوشارژر یک مرحله ای و یک توربوشارژر دو مرحله ای انتخاب شد و در انتها عملکرد این دو نوع توربوشارژر با یکدیگر مقایسه گردید. نتایج مدل سازی نشان داد که با انتخاب توربوشارژر یک مرحله ای GT2052 به جای توربوشارژر پایه (GT25)، ارتفاع پروازی را می توان تا 24000 پا افزایش داد. در این ارتفاع و سرعت موتور 55000 آرپی توان تولیدی حدود 8/5 درصد نسبت به توان در سطح دریا کاهش داشته است. نتایج مدل سازی و انتخاب توربوشارژر دو مرحله ای نشان می دهد که در شرایط یکسان ارتفاع و سرعت دورانی موتور، نسبت به توربوشارژر یک مرحله ای GT2052 توان تولیدی با افزایش ارتفاع، نه تنها کاهش نمی یابد بلکه در ارتفاع 24000 یا به حدود 98 اسب بخار می رسد. مصرف سوخت ویژه ترمزی با افزایش ارتفاع، بر خلاف توربوشارژر یک مرحله ای روند کاهشی می گیرد، که امری مطلوب به شمار می رود. همچنین در توربوشارژر دو مرحله ای نسبت فشار موردنیاز موتور، بر روی دو توربوشارژر فشار بالا و فشار پایین تقسیم می شود، در نتیجه هر یک از قسمت ها نسبت فشار متری را تولید می کند. با این کار تنش وارده بر روی کمپرسور توربوشارژرها نسبت به توربوشارژر تک مرحله ای کاهش و ایمنی توربوشارژرها افزایش می یابد.

توربوشارژر دو مرحله ای، ارتفاع، توربوشارژر فشار بالا، توربوشارژر فشار پایین