Variable rotor speed strategy for fuel efficiency in helicopters
Helikopterlerde yakıt verimliliği için değişken rotor hızı stratejisi
- Tez No: 946568
- Danışmanlar: PROF. DR. ALİ MURAT SOYDAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Enerji verimliliği, Gaz türbinli motorlar, Rotor kanadı, Uçak motorları, Energy efficiency, Gas turbine engines, Rotor blade, Aircraft engines
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Teknolojileri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez, helikopterlerde yakıt verimliliğini artırmak amacıyla değişken ana rotor hızı (NR) stratejilerinin uygulanmasına yönelik kapsamlı bir araştırma sunmaktadır. Konvansiyonel helikopter operasyonlarında uçuş zarfı boyunca sabit NR değerleri tercih edilmekteyken, bu çalışmada, uçuş koşullarına bağlı olarak rotor hızının dinamik şekilde ayarlanması yaklaşımı ele alınmakta ve bu stratejinin uygulanabilirliği, Tam Yetkili Dijital Motor Kontrolü (FADEC) sistemlerinin entegrasyonu sayesinde değerlendirilmektedir. Bu kavram, önemli bir donanımsal değişikliğe ihtiyaç duymaksızın sistem performansının optimize edilmesine imkân tanımaktadır. Temel yapılandırma olarak, 1500 beygir gücü sınıfı turboşaft motorla donatılmış, genel maksat görevlerini yerine getirebilecek hafif sınıf bir helikopter modeli esas alınmıştır. Helikopter modeli, dünya genelindeki askeri ve sivil helikopter operasyonlarında karşılaşılan tipik görev gereksinimlerini yansıtmaktadır. Çalışmada, yüksek doğrulukta rotor sistem dinamiği ve motor performans modeli içeren, doğrulanmış çok disiplinli bir simülasyon altyapısı kullanılmıştır. Hedef, operasyonel kısıtları sağlarken yakıt ekonomisinde somut iyileştirmeler sunabilecek optimal rotor hızı profillerinin belirlenmesidir. Yöntem, değişken NR'nin etkilediği kritik uçuş parametrelerinin değerlendirilmesine odaklanmaktadır. Bunlar arasında yakıt tüketimi, rotor kontrol marjı, pal stall sınırları, uç hızlarında uç nokta Mach sayısı, azami izin verilen hız (VNE) ve güç türbini devri (NP) gibi parametreler yer almaktadır. Uçuş zarfının tamamında çok amaçlı optimizasyon teknikleri kullanılarak parametrik analizler yürütülmüş ve görev verimliliğini artıracak rotor hızı profilleri tanımlanmıştır. Elde edilen bulgular, değişken NR operasyonunun özellikle seyir ve askıda kalma gibi uçuş evrelerinde, yakıt tüketimi ve motor yükünde anlamlı azalmalar sağladığını ve bunun yanında kabul edilebilir kontrol ve emniyet sınırları içerisinde kalındığını ortaya koymaktadır. Çalışma, simülasyon tabanlı doğrulama ve performans denge analizleri ile desteklenen, gelecekteki rotor sistemlerinde değişken NR stratejilerinin uygulanmasına yönelik bir dizi öneri ile sonuçlandırılmıştır.
Özet (Çeviri)
This thesis presents a comprehensive investigation into the application of variable main rotor speed (NR) strategies to improve fuel efficiency in helicopters. Unlike conventional rotorcraft operations that employ a fixed NR across the flight envelope, the proposed approach explores the dynamic adjustment of rotor speed in accordance with varying flight conditions, enabled by the integration of Full Authority Digital Engine Control (FADEC) systems. This concept allows for performance optimization without requiring significant hardware modifications. A generic light-class utility helicopter, equipped with 1500 hp class turboshaft engine, is considered as the baseline configuration. The configuration reflects typical mission requirements encountered in military and civilian rotorcraft operations worldwide. The study employs a validated multidisciplinary simulation framework, combining a high-fidelity rotorcraft dynamics model and an engine performance model. The goal is to identify optimal NR schedules that provide measurable improvements in fuel economy while satisfying operational constraints. The methodology focuses on evaluating critical flight parameters affected by NR variation, such as fuel consumption, rotor control margin, blade stall boundaries, tip Mach number, never-exceed-velocity (VNE), power turbine speed (NP). A parametric analysis across the full flight envelope is carried out using multi-objective optimization techniques to define rotor speed profiles that enhance overall mission efficiency. Findings reveal that variable NR operation can yield significant reductions in fuel burn and engine workload, particularly in cruise and hover phases, while maintaining acceptable handling and safety margins. The study concludes with a set of recommendations for implementing variable NR strategies in future rotorcraft systems, supported by simulation-based validation and performance trade-off analyses.
Benzer Tezler
- Wankel motoru ve çevrim atlatma sisteminin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the Wankel engine and skip cycle system
ÖMER CİHAN
Doktora
Türkçe
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. OSMAN AKIN KUTLAR
- Gain scheduling-based control design for full authority digital engine control of turboshaft engines in helicopter applications
Helikopter uygulamaları için turboşaft motorların tam yetkili sayısal motor kontrolü (FADEC) amacıyla kazanç zamanlamalı kontrol tasarımı
MASOUD NOROUZI
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL BAYEZİT
- Rüzgar türbinleri için kanat açısı ve rotor hız kontrolü yaparak verimliliğin sağlanması
Ensuring efficiency for wind turbines using pitch angle and rotor speed control strategies
AYYÜCE VURAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GALİP CANSEVER
- Yüksek hızlı kütlesel rotorlu asenkron motorlarda rotor başarımının artırılmasına yönelik katkılar
Contributions to performance enhancement of rotors inhigh-speed solid-rotor induction motors
MAHMUT ABACI
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET ONUR GÜLBAHÇE
- The speed control of induction motor with fuzzy logic based vector control used in a wind energy conversion system
Rüzgar enerjisi dönüşüm sisteminde kullanılan bir asenkron motorun bulanık mantık tabanlı vektör kontrolü ile hız kontrolü
ELMIRA MOUSAREZAEE
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LALE ERGENE