Trafik udara dan penerbangan komersial dijangka meningkat dengan ketara
setiap tahun pada masa akan datang dan oleh itu ia adalah satu kebimbangan
bagi semua pihak, yang bukan sahaja operasi pesawat akan memberi kesan
kepada alam sekitar, tetapi juga jumlah pelaburan yang besar yang diperlukan
untuk penyelenggaraan pesawat. Satu aspek penting dalam enjin pesawat
adalah kemerosotan prestasi dan ini pasti akan memberi kesan kepada alam
sekitar dan ekonomi. Oleh itu, berikut adalah matlamat utama kerja kajian ini.
Yang pertama adalah untuk mengkaji kesan kemerosotan prestasi enjin
pesawat, diikuti dengan penyiasatan kesan ketinggian pengoperasian enjin
terhadap kemerosotan enjin, dan akhir sekali penyiasatan prestasi enjin yang
menggunakan bahan api bio-jet.
CFM56-3 adalah enjin berkipas turbo yang mempunyai nisbah pintas udara
yang tinggi, yang digunakan secara meluas pada pesawat Boeing 737 dan
Airbus A320. Justeru enjin ini telah dipilih sebagai subjek ujian untuk kajian
ini. Di samping itu, model sedia ada dan data penerbangan telah digunakan
untuk mengesahkan model penyelidikan ini. Dianggarkan enjin berkipas turbo
akan mengalami kadar kemerosotan sebanyak 0.1% setiap hari, dan ia akan
digunapakai sebagai asas kemerosotan dalam kajian ini. Bahan api bio-jet
seperti Jatropha Bio-synthetic Paraffinic Kerosene (JSPK) dan Camellina Bio
synthetic Paraffinic Kerosene (CSPK) serta campuran mereka dengan Jet-A
telah digunakan sebagai varian bahan api untuk mengkaji kesannya terhadap
kajian kemerosotan enjin.
Bagi kes bahan api Jet-A, keputusan kajian kemerosotan yang diperolehi
menunjukkan pengurangan kadar jisim udara, kelajuan aci, hasil tujahan,
jumlah penggunaan bahan api dan suhu gas ekzos dengan trend
kemerosotan tertentu dalam tempoh 30 hari. Sebagai tambahan, apabila
ketinggian operasi kapal terbang telah diubah, penggunaan bahan api yang
paling rendah diperolehi apabila enjin beroperasi pada ketinggian 4000 m,
manakala aliran jisim udara dan daya tolakan enjin berkurangan apabila
ketinggian bertambah. Ini disebabkan oleh kepadatan udara yang makin
rendah s Berbanding dengan bahan api Jet-A, penggunaan bahan api bio-jet
dalam enjin berkipas turbo dengan 0.1% kadar kemerosotan telah
meningkatkan kadar aliran jisim udara dalam enjin, daya tolakan dan
penggunaan bahan api kerana ketinggian nilai pemanasan rendah bahan api
(LHV).
Beberapa tambahan kepada rangka kerja penyelidikan sedia ada turut
dibincangkan bagi meningkatkan kualiti simulasi. Ia adalah penting dalam
menyediakan penyelidikan yang lebih luas, menyeluruh serta meningkatkan
pemahaman terhadap kajian kemerosotan enjin yang lebih realistik dari segi
aspek-aspek yang mempengaruhinya.
_______________________________________________________________________________________________________
Air traffic and commercial aviation is very much expected to grow significantly
annually in the future and thus it is a concern for all parties that not only the
aircraft operation has an effect of the environment, but also the huge amount
of investment being placed into aircraft maintenance programs. One important
aspect of the aircraft engine is the performance deterioration and this will
affect both the environment and the economy. Therefore, these are
the main aims of this research work. The first is to study the deterioration
effects on aircraft engine performance, followed by the investigation of the
effect on operational altitudes on the performance of the deteriorated engine,
and lastly the investigation of the performance of bio-jet fuel on deteriorated
engine.
The CFM56-3 which is a typical two-spool high bypass ratio turbofan engine,
which is widely used on the Boeing 737 and Airbus A320 family, is chosen as
the test subject for this study. In addition, existing models and flight data were
used for the validation of the present research model. Deterioration rate of the
turbofan engine up to 0.1% per day is applied as a deterioration basis for all
deterioration studies. Bio-jet fuels such as Jatropha Bio-synthetic Paraffinic
Kerosene (JSPK), Camellina Bio-synthetic Paraffinic Kerosene (CSPK) and
their blends with Jet-A were used as the fuel variants for the bio-jet fuel study.
Results obtained on the performance deterioration study with conventional
Jet-A fuel shows reduction in air mass flow rate, shaft speed, thrust, thrust
specific fuel consumption and exhaust gas temperature with certain
deterioration trends within a 30-day period. Also, when the altitudes as
ambient conditions were varied, the thrust specific consumption show that
it is at its lowest when operating at the altitude of 4000m, while thrust and air
mass flow rate decreases as altitude increases because of lower air density.
In comparison to Jet-A, utilizing bio-jet fuel in the turbofan engine with 0.1%
deterioration rate is found to increase engine air mass flow rate, engine thrust
and thrust specific fuel consumption due to high value of the fuel’s low heating
value (LHV).
Finally, a few additions to the current research framework is discussed in order
to increase the simulation quality in the future, as well as to provide a more
wide, comprehensive research and understanding on a more realistic
representation of the study of gas turbine engine deterioration and the aspects
that affect it.
A study on deterioration- the effect of altitude and bio-jet fuel on turbofan engine performance / Koh Wei Chong