Mededeling Deze eindverhandeling was een examen; de tijdens de verdediging vastgestelde fouten werden niet gecorrigeerd. Gebruik als referentie in publicaties is toegelaten na gunstig advies van de KHBO - promotor vermeld op het titelblad. I
Woord vooraf In het bijzonder wil ik mijn promotor, Wim Vanparys, bedanken voor zijn technische inbreng en tijd die hij heeft vrijgemaakt om dit eindwerk tot een goed einde te kunnen brengen. Verder wil ik alle docenten en medewerkers van het VLOC bedanken voor het openstellen van alle accommodatie en voor het gebruik van de gereedschappen die op het VLOC aanwezig zijn. Als laatste wil ik mijn familie en vooral mijn vrienden bedanken die mij geassisteerd en gesteund hebben tijdens het maken van deze thesis. II
Abstract Mijn eindwerk bouwt voort op eindwerk dat tijdens het academiejaar 2007-2008 door Miguel Angel, een Spaanse Erasmusstudent, gemaakt is. De Jetcat SPT5 turboprop is een mini-turboprop die ontwikkeld is om radiobestuurde vliegtuigen aan te drijven. De modellen die aangedreven worden door deze turboprop hebben een spanwijdte van om en bij de 2m80 en hebben een gewicht van 17 tot 19 kg, afhankelijk van het soort model. Mijn taak bestaat uit het aanpassen en uitbreiden van de proefstand. De grootste aanpassingen die moeten gebeuren omvatten het frame en de bekabeling. De uitbreiding bestaat erin enkele parameters te kunnen opmeten met draaiende motor. Men wil de trekkracht van de motor en het vermogen op de propeller-as kunnen meten. Indien er nog tijd beschikbaar is, kan er gekeken worden om parameters uit de ECU zelf op een toegankelijke manier zichtbaar te maken. De bedoeling is om in de toekomst labo oefeningen op deze proefstand uit te voeren. Er worden ook flowcharts of checklisten geschreven zodat deze proefstand toegankelijk en veilig kan gebruikt worden door studenten en docenten. Trefwoorden: Jetcat turboprop Mini Proefstand Turboprop III
Inhoudsopgave Mededeling... I Woord vooraf... II Abstract... III Inhoudsopgave... IV Lijst met illustraties... VI Lijst met gebruikte afkortingen... VII 1. INLEIDING... 1 2. VOORSTELLING VAN HET PROJECT... 2 2.1 Opdracht en doelstelling... 2 2.2 Voorafgaande aanpassingen... 3 2.3 Nieuwe aanpassingen... 4 3. JETCAT SPT5 TURBOPROP... 5 3.1 Inleiding... 5 3.1.1 Korte beschrijving van de Jetcat P60... 6 3.1.2 Schematische weergave... 6 3.2 Turboprop... 7 3.2.1 Componentenlocatie... 7 3.2.2 Brandstof- en smeersysteem aansluitingsdiagram:... 8 3.2.3 Connectie op de turbine... 8 3.2.4 Engine Control Unit (ECU)... 9 3.2.4 Brandstofpomp... 10 3.2.5 Ventiel... 11 3.2.6 Ground Support Unit... 12 3.2.7 LED-board... 14 3.3 Specificaties... 16 4. PRAKTISCHE UITWERKING... 17 4.1 Bepaling bereik meetinstrumenten... 17 4.1.1 Trekkrachtmeting... 17 4.1.2 Vermogenmeting... 19 4.1.3 Brandstofdebiet-meting... 21 4.2.4 Drukmetingen... 22 4.2.5 Uitlaatafzuiging... 23 4.3 Bouwverslag... 25 5. GEBRUIK... 31 5.1 Veiligheid... 31 5.2 Bediening... 32 5.3 Checklists... 33 5.3.1 Checklist alvorens de motor te starten (Checklist 1)... 33 5.3.2 Starten van de motor (Checklist 2)... 35 5.3.3 Checklist na het uitschakelen van de motor (Checklist 3)... 36 6. ONDERHOUD... 37 IV
7. METINGEN... 38 7.1 Uitgevoerde testen... 38 7.2 Resultaten... 39 7.2.1 Eerste test... 39 7.2.2 Tweede test... 39 7.2.3 Derde test... 40 7.2.4 Vierde test... 40 7.3 Bespreking resultaten... 41 7.3.1 Eerste reeks metingen-... 41 7.3.2 Tweede reeks metingen... 43 7.3.3 Eindconclusies bij de metingen:... 48 BESLUIT... 49 BIJLAGEN... 50 LITERATUURLIJST. 55 V
Lijst met illustraties Figuur 1: De proefstand van Miguel Angel... 1 Figuur 2: Een Turbo Raven... 5 Figuur 3: Close-up van de motorinstallatie in de Turbo Raven... 5 Figuur 4: Schematische weergave... 6 Figuur 5: Compontenlocatie... 7 Figuur 6: Brandstof- en smeersysteem... 8 Figuur 7: Connectie op de turbine... 8 Figuur 8: Aansluitingen ECU... 10 Figuur 9: Brandstofpomp aansluiting... 10 Figuur 10: Ventiel... 11 Figuur 11: Ground Support Unit (GSU)... 12 Figuur 12: LED-board... 14 Figuur 13: Ingebouwde LED-board... 14 Figuur 14: De KERN CH50K50 hangweegschaal... 18 Figuur 15: Trekkrachtsensor... 18 Figuur 16: Fuelflow-menu op de GSU... 21 Figuur 17: Drukmeting... 22 Figuur 18: Schema afvoerbuizen... 24 Figuur 19: Epoxyhars en harder... 25 Figuur 20: Kleurstof voor epoxy verf... 25 Figuur 21: Kale componentenplaat... 26 Figuur 22: Gemonteerde plaat... 26 Figuur 23: Bekabeling in spiraalwikkeling... 27 Figuur 24: Vastgelegde bekabeling... 27 Figuur 25: Krachten Torsiemeting... 28 Figuur 26: Ophanging voor de motor aan de loadcell... 28 Figuur 27: Manometers... 29 Figuur 28: Reduceerventiel... 29 Figuur 29: FOD-screen... 30 Figuur 30: Etiketten... 30 Figuur 31: Veiligheidszone... 31 Figuur 32: Throttle-draaiknop... 32 Figuur 33: Aan/uit schakelaar... 33 Figuur 34: Spanning batterij... 33 Figuur 35: De geopende brandstofkraan... 34 Figuur 36: Gaskraan... 34 Figuur 37: Idle positie... 35 Figuur 38: Indicatie-LED's... 35 Figuur 39: Tweeblad propeller... 38 Figuur 40: Drieblad propeller... 38 Figuur 41: Smeltschade... 39 VI
Lijst met gebruikte afkortingen d.m.v.: door middel van ECU: Engine Control Unit EGT: Exhaust Gas Temperatuur (uitlaatgastemperatuur) GSU: Ground Support Unit i.f.v.: in functie van i.p.v.: in plaats van m.b.v.: met behulp van RPM: Revolutions per minute (toeren per minuut) t.o.v.: ten opzichte van VLOC: Vlaams Luchtvaartopleidingscentrum VII
1. INLEIDING In het academiejaar 2007-2008 heeft een Spaanse Erasmusstudent, Miguel Angel, een proefstand gemaakt voor de SPT5 Turboprop van de firma Jetcat. Het metalen frame is reeds gemaakt. Het motorframe staat op rails. De bedoeling is om hierop een sensor te plaatsen die de trekkracht kan meten. Wegens tijdsgebrek is deze proefstand niet afgewerkt. Er moeten nog sensoren geplaatst worden om motorparameters te kunnen meten. In dit eindwerk worden de verbeteringen aan de proefstand uitgelegd en het aantal metingen uitgebreid. Figuur 1: De proefstand van Miguel Angel 1
2. VOORSTELLING VAN HET PROJECT 2.1 Opdracht en doelstelling De opdracht van het eindwerk is de bestaande proefstand aanpassen en uitbreiden. De aanpassingen die moeten gebeuren aan de proefstand zijn het opnieuw afwerken van het frame en alle bedrading en leidingen (brandstof en gas) goed vastzetten. Alle componenten van de turboprop, zoals de Engine Control Unit (ECU), Ground Support Unit (GSU), gas- en brandstofventielen, etc. op een correcte en overzichtelijke manier positioneren op de proefstand. De bedoeling is om deze proefstand in de motorenzaal te gebruiken. Daarom moet er een uitlaatsysteem voorzien worden om de uitlaatgassen af te voeren. Hiervoor wordt een buizensysteem gemaakt dat aangesloten kan worden op de afzuiginstallatie die in de motorenzaal van het VLOC aanwezig is. De uitbreiding van de proefstand moet toelaten de volgende parameters te meten: De trekkracht Het vermogen door de propeller gegenereerd, via torsiemeting. Het toerental van de straalmotor en propeller Het brandstofdebiet te kunnen aflezen De druk in de verbrandingskamer en de brandstofdruk. Verder gaan er flowcharts en bondige bediening- en onderhoudshandleidingen geschreven worden zodat studenten en docenten makkelijk en veilig deze proefstand kunnen gebruiken. 2
2.2 Voorafgaande aanpassingen De basis van de proefstand was reeds klaar. Op het metalen frame waren alle elektronicacomponenten van de turboprop gemonteerd, alsook alle brandstof- en gasleidingen. De plaat waarop de turboprop gemonteerd is staat op rails. De bedoeling hiervan was om in de toekomst een sensor te kunnen plaatsen die de trekkracht meet. De elektronicacomponenten zijn op een overzichtelijke manier geplaatst op de polycarbonaat-plaat. Het voordeel van deze plaat is dat ze zich gemakkelijk laat bewerken en bestand is tegen hoge temperaturen. De elektrische bedrading en de brandstofleidingen hangen gewoon los. Omdat die achter de propeller zitten bevinden ze zich in de propellerwind. Hierdoor komen er onnodige krachten op de connectoren van de motor en de motorcomponenten. Dit kan op langere termijn schade veroorzaken. Kortom, er is reeds een goede basis maar er moeten enkele zaken aangepast worden. 3
2.3 Nieuwe aanpassingen Een overzicht van de aanpassingen die uitgevoerd zijn: De proefstand is opnieuw geschilderd. De kabels en brandstofleidingen van de elektronicaplaat naar de motor zijn vastgelegd. Een nieuwe polycarbonaat-plaat is gemaakt. Daarop zijn alle elektrische componenten gemonteerd op een overzichtelijke manier. De uitbreiding: Voor de trekkrachtmeting: Een hangweegschaal is aangepast en de sensor ervan is gemonteerd op het frame. Het display van de weegschaal is vastgezet op het frame. Voor de vermogenmeting: Door de torsie van de motor en het toerental van de propeller te meten, kan het vermogen dat de propeller genereert berekend worden. Voor de drukmetingen: twee manometers zijn gemonteerd. Voor de uitlaat-afvoer: er is een buizensysteem ontworpen. Omdat de buizen nooit geleverd zijn, is dit buizensysteem niet gerealiseerd. 4
3. JETCAT SPT5 TURBOPROP 3.1 Inleiding De Jetcat SPT5 turboprop is een miniatuur turboprop die ontwikkeld is om radiobestuurde modelvliegtuigen aan te drijven. De modellen die aangedreven worden door deze turboprop hebben een spanwijdte van om en bij de 2m80 en hebben een gewicht van 17 tot 19 kg, afhankelijk van het soort model. Figuur 2: Een Turbo Raven Figuur 3: Close-up van de motorinstallatie in de Turbo Raven 5
De miniatuur turboprop Jetcat SPT5 is op gebied van werking goed vergelijkbaar met de full-size turboprops die gebruikt worden vandaag de dag. Het gebruikte principe bij deze miniatuur turboprop is zoals bij de meeste turboprops de Free Turbine Engine of gasgekoppelde motor. Dit wil zeggen dat er geen mechanische koppeling is tussen de jetmotor en de propeller-as. De uitlaatgassen drijven een tweede turbinewiel (ook wel Power Turbine genoemd) aan dat verbonden is met de tandwielkast, waaraan de propeller bevestigd is. De jetmotor die gebruikt wordt bij deze turboprop is de Jetcat P60. De P60 wordt ook gebouwd als gewone jetmotor. Men heeft de tandwielkast met bijhorend turbinewiel aan de achterkant tegen de jetmotor geplaatst. Men heeft een bestaande en betrouwbare motor als basis genomen en deze uitgebreid tot een turboprop. 3.1.1 Korte beschrijving van de Jetcat P60 De Jetcat P60 heeft een statische inlaat met een centrifugale compressor (één trap). De verbrandingskamer is van het type reverse flow. De brandstofinjectoren bevinden zich achteraan in de verbrandingskamer en wijzen naar voren. De turbine bestaat net zoals de compressor uit één trap. 3.1.2 Schematische weergave Figuur 4: Schematische weergave 6
3.2 Turboprop 3.2.1 Componentenlocatie Figuur 5: Compontenlocatie 7
3.2.2 Brandstof- en smeersysteem aansluitingsdiagram: Figuur 6: Brandstof- en smeersysteem 3.2.3 Connectie op de turbine Figuur 7: Connectie op de turbine 8
3.2.4 Engine Control Unit (ECU) De ECU is een elektronisch controle unit die alle aspecten van de motor regelt. Hij verzorgt de goede en veilige werking van de turboprop. De inputs: Toerental van de jetmotor Toerental van de propeller (Exp.) Uitlaatgastemperatuur Batterij (7,2 volt, 6 cellen Nikkel-Cadmium of 2 cellen Lithium Polymeer batterij) Gashendel (Throttle channel) GPS ontvanger (niet van toepassing) Airspeed sensor: aansluiting voor een pitotbuis (niet van toepassing) Smoker: aansluiting voor de pomp van het rooksysteem indien deze aangesloten is (niet van toepassing) Auxiliary Channel: aansluiting voor een extra schakelaar voor de motorbediening (niet van toepassing) De outputs: Brandstofpomp Gloeikaars en starter (is één aansluiting) Databus: kabel naar de Ground Support Unit (GSU) of naar het LED-paneel 9
De gebruikte aansluitingen: Figuur 8: Aansluitingen ECU 3.2.4 Brandstofpomp De brandstofpomp bestaat uit twee delen. Een aandrijfmotor en het pompgedeelte. De aandrijfmotor is een borstelmotor die werkt op een gelijkspanning van 6 volt (6VDC). Op het pompgedeelte is een pijl gegraveerd die de stromingsrichting aanduidt. De ECU regelt het debiet door de spanning van de aandrijfmotor te regelen. Bij een hogere spanning gaat de aandrijfmotor sneller draaien en bekomt men dus een hoger brandstofdebiet. Figuur 9: Brandstofpomp aansluiting 10
3.2.5 Ventiel In de brandstofleiding en de gasleiding is een ventiel voorzien. Deze ventielen zijn van het type normally-closed. Dit wil zeggen dat er spanning op de klep moet gezet worden om deze te openen. Dus als de ECU niet actief is, kan er geen gas of brandstof lekken naar de motor. Als er brandstof in de motor zou lopen tijdens stilstand kan dit resulteren in een natte start. Op het ventiel is een pijl gegraveerd. Deze pijl duidt de stromingsrichting van de vloeistof of het gas aan. Er wordt geen onderscheid gemaakt tussen brandstof- en gasventielen. Deze ventielen kunnen voor gas of voor brandstof gebruikt worden. Figuur 10: Ventiel 11
3.2.6 Ground Support Unit De GSU of Ground Support Unit kan op ieder moment aangesloten worden op de LED-board of de ECU, zelfs als de motor draait. Beschrijving van het bedieningspaneel Figuur 11: Ground Support Unit (GSU) 12
Uitleg LED s op de GSU Beschrijving LED brandt LED flitst Stand-by Optoeren van de turbine --- Ignition Gloeikaars brandt --- Pump Running Brandstofpomp draait Gloeikaars is defect OK Turbine in controle mode. Turbine stuwkracht kan nu ingesteld worden met de gashendel a) als de motor draait: EGT is over de limiet b) Als de motor niet draait: ECU is in slow-down mode Tabel 1: Uitleg LED'S GSU 13
3.2.7 LED-board De LED-board is een distributiepunt voor de ECU data bus en heeft ook drie LED s die de status van de ECU weergeven. Dit paneeltje kan men in een modelvliegtuig op een toegankelijke en zichtbare plaats kan monteren om de grootte van de ECU zelf dit niet steeds toelaat. Men kan de status van de ECU aflezen aan de hand van de LED s en men kan hierop ook de GSU aansluiten. Dit paneeltje moet niet aangesloten worden om de turboprop te laten draaien. Figuur 12: LED-board Op de proefstand is deze LED-board ingebouwd in een metalen behuizing. Enkel de LED s zijn zichtbaar. Figuur 13: Ingebouwde LED-board 14
Uitleg LED s op het LED-board Kleur LED Betekenis LED brandt LED flitst Geel Stand-by/Start Turbine wordt ---- gestart/toerental verhoogd Rood Pomp draait Pomp draait Gloeikaars stuk Groen OK Turbine in controle mode. Turbine Vertraag-mode slow-down mode stuwkracht kan nu ingesteld worden met de gashendel Tabel 2: Uitleg LED'S LED-board Extra functies: Als de gele en groene LED s tegelijk flitsen is de batterij leeg. Als alle LED s één voor één flitsen, is de ECU klaar voor te starten. 15
3.3 Specificaties Trekkracht Gewicht Lengte Toerentalbereik jetmotor Toerentalbereik propeller 245 N met een 27 inch propeller met een toerental van 8,000 RPM 2.227 kg, incl. starter 387 mm 50,000-170,000 toeren per minuut 1,500-8,000 toeren per minuut Uitlaatgas Temperatuur 580 C - 710 C Brandstofverbruik Type brandstof Smering Onderhoudsinterval 227 g per/min op vol vermogen Jet A1, 1-K kerosine Ongeveer 5% synthetische turbine olie gemengd in de brandstof 25 uur Maximaal geleverd vermogen 8 kw 16
4. PRAKTISCHE UITWERKING 4.1 Bepaling bereik meetinstrumenten Om het maximale bereik van de meetinstrumenten te bepalen wordt er een schatting gemaakt van de verwachte meetwaarde. Bij deze waarde wordt een veiligheidsmarge opgeteld en dan wordt er gekeken welke sensor die op de markt verkrijgbaar is aan deze eisen voldoet. 4.1.1 Trekkrachtmeting Om een schatting van de trekkracht te maken wordt er gerefereerd naar de gegevens van de fabrikant. De Duitse fabrikant van Jetcat geeft geen informatie over de grootte van de trekkracht, de Amerikaanse fabrikant wel. De trekkracht van een propeller met een diameter van 27 inch is 245N bij 7000 toeren per minuut. Op de proefstand van de mini-jetmotor wordt de trekkracht gemeten door een meetsensor die uit een hangsweegschaal werd uitgebouwd. Deze sensor is gemonteerd op de proefstand. De turboprop-proefstand is voorzien om met deze sensor de trekkrachtmeting uit te voeren. De hangweegschaal voor deze proefstand moet een minimaal bereik van 25 kg hebben. 17
De keuze is gevallen op de KERN CH50K50 hangweegschaal: Figuur 14: De KERN CH50K50 hangweegschaal (foto: http://www.printus24home.de/prho/productimages/c1660691_1.jpg) De uitgebouwde meetsensor Figuur 15: Trekkrachtsensor 18
4.1.2 Vermogenmeting Eerst werd gedacht aan een opstelling waarbij de motor wordt opgehangen in grote kogellagers waaraan een arm bevestigd werd die verbonden is met een krachtsensor. Deze opstelling bleek op de eerste plaats moeilijk te realiseren en ook door het feit dat kogellagers een dure aangelegenheid zijn, is deze denkpiste verlaten. Er werd geopteerd voor een statische opstelling. Het vermogen op de propeller-as wordt bepaald door het torsiemoment (koppel) te meten dat de propeller veroorzaakt. De motor wordt aan één zijde bevestigd op een loadcell. Als de propeller draait, en dus een torsiemoment veroorzaakt, zal de kracht die op de loadcell inwerkt veranderen. Met dit krachtverschil kan men het torsiemoment bepalen en via een berekening kan het vermogen (in Watt) berekend worden. De berekening geleverd vermogen: Kracht = massa x versnelling F = m x g (m = gewichtverschil op de loadcell (in kg); g = 9,81 m/s²) Torsiemoment = kracht x afstand T = F x afstand (T = torsiemoment; afstand = afstand van de loadcell tot de centerlijn van de motor) Vermogen = torsiemoment x hoeksnelheid P = T x ω (ω = hoeksnelheid van de propeller, eenheid: rad/s) ω = toerental (tr/min). 0,104720 [rad/s] Om de grootte van de loadcell te bepalen is de bovenstaande afleiding gebruikt. Om een schatting van het gemeten torsiemoment te bepalen is er gebruik gemaakt van de gegevens van de fabrikant. 19
De gegevens gebruikt voor de schatting: Het maximale vermogen dat de turboprop levert is 8 kilowatt. De afstand van de loadcell tot de centerlijn van de motor is 57 mm. Het maximale toerental van de motor is 8500 omwentelingen per minuut. De berekening geschatte meetwaarde: P = T x ω ω = toerental (tr/min). 0,104720 [rad/s] = 8500. 0,104720 = 890,12 rad/s T = P / ω = 8000owm/min / 890,12 rad/s = 8,98755 Nm T = F x afstand => F = T/afstand = 8,98755 Nm/0,057 m = 157,676 N F [N] naar kg: F= m x g => m = F/g = 157,676 N / 9,81 m/s² = 16,072 kg Dit is de torsiekracht die de motor opwekt. Deze kracht moet gehalveerd worden omdat de kracht maar aan één kant van de motor wordt opgemeten. De verwachte kracht die op de loadcell zal inwerken is ongeveer 8 kg. Daarbij komt nog ongeveer 3 kg gewicht van de motor. De loadcell moet minstens een bereik van 20 kg hebben. De loadcell moet ook bestand zijn tegen trillingen en de trekkracht van de motor. Een goede structurele stevigheid van de loadcell is geen overbodige luxe. Daarom is er een loadcell met een bereik van 75 kg aangekocht. Opmerkingen: De massa zal gemeten worden d.m.v. de loadcell. Het meetinstrument kan worden ingesteld worden om rechtstreeks de kracht in Newton weer te geven. De afstand van de centerlijn van de motor en de loadcell is een vaste waarde, namelijk 82 mm. Uit het toerental van de propeller, die via de GSU wordt afgelezen, berekenen we de hoeksnelheid. 20
4.1.3 Brandstofdebiet-meting Het brandstofdebiet kan via de GSU opgevraagd worden bij draaiende motor. Dit gebeurt via de volgende toetsencombinatie: Houd de Info-knop ingedrukt en druk éénmaal op het pijltje naar rechts. In hetzelfde menu (Info-menu) kunnen nog andere parameters opgevraagd worden: Namelijk de overige brandstof, hoeveelheid verbruikte brandstof bij de laatste run, minimale en maximale toerentallen en temperaturen, etc Figuur 16: Fuelflow-menu op de GSU 21
4.2.4 Drukmetingen Op de proefstand zijn twee manometers gemonteerd. Hiermee wordt de brandstofdruk en de druk in de verbrandingskamer gemeten. Om de brandstofdruk te meten wordt er een Y-koppelstuk tussen de brandstofleiding van de pomp naar de motor gezet. Op de extra uitgang wordt de manometer gekoppeld. De druk in de verbrandingskamer wordt gemeten met een manometer gekoppeld aan een T-koppelstuk in de perslucht-aftapping van de verbrandingskamer. Figuur 17: Drukmeting 22
4.2.5 Uitlaatafzuiging Het is de bedoeling dat de proefstand in de motorenzaal van het VLOC geplaatst wordt. De uitlaatgassen moeten afgevoerd worden. In het VLOC is een afzuiginstallatie aanwezig. Er moet enkel een buizensysteem gemaakt worden van de motoruitlaten naar het afzuigingpunt dat voorzien is aan het plafond. Er is geopteerd om de twee uitlaten aan de motor naar één centrale buis te geleiden. De centrale afvoerbuis waarop de som van de uitlaten samenkomen moet een oppervlakte hebben die gelijk is aan de twee oppervlaktes van de twee uitlaten van de motor. Indien dit oppervlak te klein is kunnen de gassen niet voldoende ontsnappen waardoor de temperatuur in de motor kan oplopen en zo de motor kan beschadigen. Men spreekt dan van een gesmoorde uitlaat. Naast de beschadiging van de motor zorgt een gesmoorde uitlaat ook voor een vermindering van het rendement van de motor. De centrale afvoerbuis moet minstens een oppervlak hebben dat het dubbele is van één enkele uitlaat van de turboprop. We moeten de diameter berekenen. Dit gebeurt via deze theoretische afleiding: De formule voor het berekenen van het oppervlak S: S = R uitlaat ².π met R als de straal van de uitlaat We berekenen het oppervlak van de centrale afvoerbuis S afvoerbuis als volgt: S afvoerbuis = 2. S uitlaat We vervangen S door de formule voor het berekenen van het oppervlak: R afvoerbuis ².π = 2. R uitlaat ².π Verdere uitwerking van de deze vergelijking geeft: R afvoerbuis ² = 2. R uitlaat ² Met als eindresultaat: R afvoerbuis = 2. R uitlaat 23
Schematische weergave buizensysteem: Figuur 18: Schema afvoerbuizen Praktisch: Als we R uitlaat in de formule voor de straal van de centrale afvoerbuis invoeren bekomen we: R afvoerbuis = 2. R uitlaat R afvoerbuis = 2. 55mm = 77,78 mm De diameter van de centrale afvoerbuis moet 77,78 mm zijn om een goede afvoer van de uitlaatgassen te hebben en smoring te voorkomen. Er werd gekozen om het buizenwerk voor onze uitlaatgas-afzuiging van hetzelfde merk te nemen als reeds aanwezig is in het VLOC. Op de markt heeft de kleinst mogelijke afvoerbuis die voldoet aan deze eisen een diameter van 125 mm. Jammer genoeg is deze bestelling nooit aangekomen en is dit buizensysteem niet gerealiseerd. 24
4.3 Bouwverslag In deze paragraaf worden de werkzaamheden aangehaald en kort besproken. 1. De eerste stap was de volledige demontage van de proefstand. Er werd besloten om enkel het basisframe te behouden en de proefstand helemaal opnieuw op te bouwen. 2. Het frame schuren en bijwerken met de bandschuurmachine. 3. Het frame werd opnieuw geschilderd. Daarbij werd mij aangeraden gebruik te maken van epoxy-verf. Als kleurstof voor de verf heb ik grijs gekozen. De eerste keer dat er verf gemengd werd is de mengverhouding van de kleurstof berekend. Dit om later andere onderdelen ook te kunnen schilderen met precies dezelfde kleur. De gebruikte verhouding: 40% kleurstof werd bijgevoegd bij de totale hoeveelheid epoxyverf zonder kleurstof. Figuur 19: Epoxyhars en harder Figuur 20: Kleurstof voor epoxy verf 25
4. De hangweegschaal werd omgebouwd zoals beschreven staat in paragraaf 4.2.1. 5. Een nieuwe polycarbonaatplaat werd op maat gesneden. Hierna werd de plaatsing van alle motorcomponenten bepaald en vastgelegd. De plaat werd gezandstraald. Waar nodig werden er kleine stukjes polycarbonaat gelijmd en gaatjes geboord om alle componenten vast te zetten. Proefondervindelijk bleek dat polycarbonaat het beste te lijmen valt met PVC-lijm. Deze lijm hecht zéér goed en is transparant. Figuur 21: Kale componentenplaat Figuur 22: Gemonteerde plaat 26
6. Een nieuwe aluminiumplaat werd op maat gesneden. Het motorframe met rails werd erop gemonteerd. De aluminiumplaat werd ook gezandstraald voor een mooi resultaat te krijgen. 7. De sensor van de hangweegschaal werd gemonteerd: één kant werd vastgemaakt aan het (statische) frame en de andere kant aan het motorframe op rails. 8. Alle bekabeling werd in spiraalwikkeling gewikkeld. Figuur 23: Bekabeling in spiraalwikkeling 9. Alle bekabeling werd vastgemaakt aan de proefstand. Figuur 24: Vastgelegde bekabeling 27
10. De praktische opstelling met de loadcell voor de torsiemeting werd bedacht en gebouwd. Op de loadcell staat aangeduid in welke zin de kracht moet inwerken: voor de motor staande is de draaizin in tegenwijzerzin. Volgens de actie-reactiewet gaat er dus rechts van de motor een kracht naar de beneden ontstaan en links van de motor een kracht naar boven. Als we de motor langs de voorkant bekijken moet de loadcell aan de rechterkant van de motor gemonteerd worden. Figuur 25: Krachten Torsiemeting Figuur 26: Ophanging voor de motor aan de loadcell 28
11. De manometers voor de drukmetingen werden gemonteerd op een aluminiumplaat zoals beschreven in paragraaf 4.2.4. Figuur 27: Manometers 12. Het reduceerventiel werd geplaatst op de polycarbonaatplaat. Op dit ventiel kan ingesteld worden hoeveel druk er op de uitgang staat. De gasdruk kan variëren bij verschillende temperaturen. Een te hoge druk kan ervoor zorgen dat de motor niet start. Daarvoor is het handig dat de druk niet hoger is dan de ingestelde waarde van 2,5 bar gasdruk. Figuur 28: Reduceerventiel 13. De aluminiumplaatjes waarop de manometers en de gas- en brandstofaansluitingen zijn gemonteerd, werden op maat gesneden, geplooid en gezandstraald. 29
14. Het bestelde FOD-screen voor de inlaat van de jetmotor werd gemonteerd. Figuur 29: FOD-screen 15. Etiketten met de benamingen van alle onderdelen werden op de proefstand gekleefd. Figuur 30: Etiketten Foto s van het eindresultaat: zie bijlage 1 30
5. GEBRUIK 5.1 Veiligheid Allereerst wil ik benadrukken dat ondanks dat dit een miniatuur turboprop is, deze motor zeer gevaarlijk kan zijn. Niet alleen de draaiende propeller kan verwondingen veroorzaken. De maximale uitlaatgastemperatuur is 720 C. Deze temperaturen kunnen brandwonden veroorzaken. Het veilige gebruik van deze turboprop vraagt om verantwoord gebruik en goed onderhoud. Elk defect in de constructie of het onveilige gebruik ervan kan leiden tot zware verwondingen met de dood tot gevolg. Algemene veiligheidsregels: 1. Personen die niet nodig zijn bij het gebruik van de proefstand moetende volgende perimeter aanhouden: 3 meter voor de inlaat van de jetmotor 7,5 meter aan de zijkant van de turboprop Niet in het vlak van de propeller gaan staan. Nooit voor de propeller gaan staan. Schema: Figuur 31: Veiligheidszone 2. Gebruik altijd gehoorbescherming bij het gebruik van deze turboprop! 3. Zorg dat er altijd een CO 2 brandblusser binnen handbereik is. 31
5.2 Bediening Deze turboprop drijft een propeller met vaste spoed aan. Het toerental wordt geregeld via het vermogen van de jetmotor. De motor wordt bediend via een bedieningskastje met daarop een schakelaar om de ECU van elektrische spanning te voorzien en een draaiknop om het motorvermogen te regelen. Figuur 32: Throttle-draaiknop Er zijn twee stekkers gesoldeerd aan de throttle-draaiknop. Op de stekker waaraan twee kabeltjes zijn gesoldeerd zijn, moet de accu aangesloten worden. De andere stekker, waaraan drie kabeltjes zijn gemonteerd, moet op het Throttle-channel (Thr- Ch) van de ECU ingestoken worden. 32
5.3 Checklists Lees alle checklisten aandachtig door alvorens te beginnen. 5.3.1 Checklist alvorens de motor te starten (Checklist 1) Controleer visueel of alles vastzit en verwijder alle stof op en rondom de motor. Visuele controle van de propeller op beschadigingen. Verifieer of er 5% turbineolie in de brandstof zit. Controleer of er een CO 2 -brandblusser binnen handbereik is. Zorg ervoor dat er geen losse spullen rondom de motor en in de motorenkamer liggen. Zet de elektronica aan met de aan/uit schakelaar (Power) op het throttlepaneel. Figuur 33: Aan/uit schakelaar Controleer via de Ground Support Unit (GSU) of de batterij volledig is opgeladen. Als de motor stilstaat komt de spanning (in volt) van de batterij met daarlangs een icoontje linksonder op het scherm te staan. Vanaf dat de motor is gestart komt op deze plaats het propellertoerental te staan. Figuur 34: Spanning batterij 33
Controleer of de brandstofleidingen zijn aangesloten. Figuur 35: De geopende brandstofkraan Open de brandstofkraan. Indien er veel luchtbellen in de brandstofleidingen zitten, de brandstofleiding aan het eerstvolgende Y-koppelstuk achter het ventiel loskoppelen. Houd de Select Menu knop ingedrukt en druk op de pijltjes tot het Testmenu wordt weergegeven. Laat de Select Menu los. Als eerste testfunctie komt er Purge Fuelsystem op het scherm. Druk op de Change Value knop tot de hele brandstofleiding, van tank tot het y- koppelstuk, gevuld is met brandstof. Hierna de leiding terugplaatsen op de motor. Zet de uitlaat-afzuiginstallatie aan. Zet de gaskraan van de gasfles open. Figuur 36: Gaskraan Controleer op het reduceerventiel of de gasdruk minimaal 2 bar bedraagt, zoniet vervang de gasfles. 34
5.3.2 Starten van de motor (Checklist 2) Zet de throttle-draaiknop in Idle-positie Figuur 37: Idle positie De LED s op de GSU en op het LED-board beginnen te flitsen in deze volgorde: groen rood geel, Groen rood geel etc. Figuur 38: Indicatie-LED's 35
Draai de draaiknop naar volgas. Wanneer er ontsteking is, mag deze draaiknop terug op Idle gezet worden. Wanneer de opstartprocedure voltooid is, heeft men pas controle over het toerental van de motor. Let wel, de draaiknop moet eerst terug in Idle-stand gezet worden om controle te kunnen krijgen over de throttle. De opstartprocedure kan steeds onderbroken worden door de draaiknop in Off te zetten. Een gedetailleerde beschrijving van de opstartprocedure bevindt zich in de manual van de motor, pagina 30. Wat als de motor niet start? Als de motor niet start: probeer het probleem op te lossen via de Trouble-shooting tabel op pagina 36 van de manual. Tip: Op pagina 34 van de manual is er een overzicht van alle statussen die kunnen weergegeven worden op de GSU, in het Run menu onder State. Druk éénmaal op de Run-knop en vervolgens op het pijltje naar rechts. 5.3.3 Checklist na het uitschakelen van de motor (Checklist 3) Draai de draaiknop naar Off om de motor uit te schakelen. Sluit de brandstof- en de gaskraan. Wachten tot de Cooldown -procedure voltooid is Schakel de elektronica uit. 36