Analisi delle prestazioni di un motore turbogetto con combustione a volume costante

The potential performance gain employing pulse detonation combustors instead of constant pressure combustion chambers in turbojet engines was investigated by numerical modeling. Little airflow has been identified to be the critical point in PDE manufactured so far, by a careful analysis of past studies. Adding a turbocharger on the air-feed path turned out to be a good solution to the issue. Detonation combustion was modeled by constant volume combustion. This assumption was considered acceptable. Components efficiencies were added to obtain more plausible results. An arrangement that incorporates pulsed detonation combustor in a turbojet engine was identified. Simulations were conducted in a wide range of velocities, fligth levels and compressor pressure ratios. Obtained performances were compared with those of a same size turbofan. They showed a considerable increse in thrust and specific impulse, but also a modest specific consumption enlargement. The work was completed with an off-design study. The best fligth condition for such kind of engine is resulted to be high altitude and supersonic speed (Mach 1.5-3). A turbojet engine embedded with pulse detonation combustor showed increased performances and an extended operative range.

Il potenziale guadagno di prestazioni derivante dalla sostituzione delle camere di combustione a pressione costante con dei combustori a detonazione pulsata all'interno di motori turbogetto è stato studiato mediante simulazione numerica. Un'accurata analisi dei lavori pubblicati ha individuato nella ridotta portata d'aria trattata la principale criticità dei PDE sviluppati e fabbricati finora. L'utilizzo di un discreto livello di turbocompressione a monte delle camere di combustione si è rivelata un ottimo espediente risolutivo. L'approssimazione della combustione in regime di detonazione con quella a volume costante è risultata adeguata; sono state introdotte efficienze dei componenti per rendere più verosimili le simulazioni. Esse sono state effettuate per la geometria ipotizzata in svariate condizioni operative (velocità e quota di volo) in un ampio intervallo di rapporti di compressione. Le prestazioni ottenute, paragonate con quelle di un turbofan di pari volume ed ingombro, hanno mostrato un notevole incremento di spinta e impulso specifico a spese di un modesto incremento di consumo specifico. Anche grazie ad uno studio di fuori progetto, sono state individuate nelle condizioni di volo ad alta quota e velocità (Mach 1.5-3) quelle più favorevoli a questo genere di motore. L'integrazione di PDC in un turbogetto è risultato essere un metodo efficace per migliorarne le prestazioni e ampliarne la capacità operativa.