Tryckluftsdriven flygmotor-demonstrator: Design, tillverkning och experimentell utvärdering

Abstract

Detta kandidatarbete omfattar konstruktion, tillverkning och experimentell utvärdering av en tryckluftsdriven demonstrator av en flygmotor med fokus på högtryckssystemet. Syftet har varit att utveckla en pedagogisk modell för undervisning inom strömningslära och turbomaskiner vid Chalmers tekniska högskola. Arbetet syftade även till att skapa en fysisk demonstrator som möjliggör visualisering av centrala komponenter, flödesvägar och energiomvandlingsprocesser samt jämförelser mellan idealiserad teori och verkliga driftförhållanden.

En befintlig CAD-modell vidareutvecklades och skalades upp med faktor 2,5 för att anpassas till tryckluftsdrift. För att ersätta förbränningskammaren integrerades en specialdesignad tryckluftsfördelare i motorhöljet. Demonstratorn tillverkades huvudsakligen genom FDM-baserad 3D-printning i PLA och PET-G, med en total printtid på cirka 305 timmar och en materialåtgång på 6,8 kg filament. Konstruktionen utformades modulärt och demonterbart för att möjliggöra separat körning av turbin och kompressor samt mätning av varvtal, tryckfördelning och effekt via en inbyggd generator.

Experimentella tester genomfördes med komprimerad luft vid låga varvtal omkring 150–300 rpm. Resultaten visade ett oväntat tryckfall genom kompressorn i stället för den teoretiskt förväntade tryckökningen, vilket bedöms bero på drift långt från konstruktionens designpunkt. Effektmätningarna gav en mekanisk effekt i storleksordningen 0,1–0,3 W, vilket var betydligt lägre än teoretiskt beräknade värden. Avvikelserna förklaras huvudsakligen av friktionsförluster, läckage, geometriska toleransavvikelser och ogynnsamma flödesvinklar. Trots dessa begränsningar kunde demonstratorn tydligt illustrera övergripande flödes- och prestandatrender samt generera användbar experimentell data.

Slutsatsen är att demonstratorn uppfyller sitt huvudsakliga pedagogiska syfte och visar att additiv tillverkning är en kostnadseffektiv metod för utveckling av tekniska demonstrationssystem. Arbetet belyser samtidigt vikten av att kombinera teoretiska modeller med experimentella tester för att skapa förståelse för verkliga tekniska begränsningar inom turbomaskiner. Rapporten avslutas med rekommendationer kring förbättrad tillverkning, undervisningsmaterial och framtida CFD-analyser för vidare utveckling av demonstratorn och dess pedagogiska värde.