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Dissertação

{pt_PT=Finite Element Parametric Study Involving the Effect of Cooling Channels on the Thermo-mechanical Behavior of a High Pressure Airplane Turbine Blade} {} EVALUATED

Detalhes: {pt=Na indústria competitiva da aviação, as aeronaves operam em horários apertados e em condições de trabalho extremas. Os componentes de motores de turbina a gás são solicitados a elevadas temperaturas e velocidades de rotação, sendo a turbina de alta pressão particularmente afetada por altas temperaturas. Para o contrariar, são introduzidos mecanismos de arrefecimento de forma a baixar as temperaturas das pás de turbina de alta pressão e assegurar a sua estabilidade mecânica. O objetivo deste trabalho é estudar a influência do modo de arrefecimento na temperatura e deformação da pá. Para isto, foi criado um modelo da pá usando o método dos elementos finitos. Para o concretizar, uma pá de turbina descartada foi facultada por uma companhia aérea regional e uma rota aérea operada pela mesma companhia foi estudada, sendo a informação relativa às condições de voo a que a turbina está sujeita obtida através dos registos de voo. Um modelo CAD 3D da pá de um motor similar foi obtido e adaptado, tendo servido como base do modelo de elementos finitos da pá. Foram efetuadas análises térmicas e de fluência num bloco rectangular de teste, de modo a validar o modelo, que depois foi aplicado ao modelo da pá. As simulações efetuadas no modelo da pá, apesar das aproximações feitas, geraram resultados satisfatórios e este modelo demonstrou ser útil na análise de temperaturas, deslocamentos e em apresentar uma previsão da deformação da pá no fim da sua vida útil. , en=With the competitiveness of the airline industry, aircrafts have to operate on tight schedules and extreme work conditions. Gas turbine engine components function under conditions of high temperatures, pressure and rotation speeds, with the high pressure turbine (HPT) experiencing some of the highest temperatures. To counter this, cooling mechanisms are introduced in order to lower the temperatures of the HPT blades and therefore assure their mechanical stability. The objective of this work is to study the cooling mechanisms’ influence on the temperature and deformation of an HPT blade. To do so, a blade model was created using the finite element method (FEM). To create the model, a blade scrap was obtained from a regional airline company. Also, a flight route operated by the same company was studied and information regarding the flight conditions of the turbine was retrieved from flight data records. A CAD 3D blade model from a similar engine was obtained, adapted and served as the basis of the FEM blade model created. After the data input, thermal and creep analyses were run on a rectangular block in order to validate the model, and were then performed on the blade model. The simulations run were successful and, despite the assumptions and approximations made, the blade model offered reasonable results and proved itself a useful model in analyzing temperatures, displacements and predicting the deformation by the end of the blade’s lifetime. }
Keywords: {pt=Pá de Turbina de Alta Pressão, Método dos Elementos Finitos, Fluência, Temperatura, Arrefecimento, Deformação, en=High Pressure Turbine Blade, Finite Element Method, Creep, Temperature, Cooling, Deformation}

Discussão: novembro 25, 2021, 16:0