Presented in this thesis is the development of a high-fidelity aerothermal model for GE T700 turboshaft engine. The model was constructed using thermodynamic relations governing change of flow properties across engine components, and by applying real component maps for the compressor and turbines as well as empirical relations for specific heats. Included in the model were bleed flows, turbine cooling and heat sink effects. Transient dynamics were modeled using inter-component volumes method in which mass imbalance between two engine components was used to calculate the inter-component pressure. This method allowed fast, high-accuracy and iteration-free calculation of engine states. Developed simulation model was successfully validated against previously published simulation results, and was applied in the simulation of inlet distortion and engine deterioration. Former included simulation of steady state and transient hot gas ingestion as well as transient decrease in the inlet total pressure. Engine deterioration simulations were performed for four different cases of component deterioration with parameters defining engine degradation taken from the literature. Real time capability of the model was achieved by applying time scaling of plenum volumes which allowed for larger simulation time steps at very little cost of numerical accuracy. Finally, T700 model was used to develop a generic model by replacing empirical relations for specific heats with temperature and FAR dependent curve fits, and scaling T700 turbine maps. Developed generic aerothermal model was applied to simulate steady state performance of the Lycoming T53 turboshaft engine.

Bu tezde, GE T700 turboşaft motorunun yüksek doğruluk dereceli aerothermal modellenmesi anlatılmaktadır. Motor modeli, değişik bileşenler içerisindeki akışkan özelliklerinin değişimini belirleyen termodinamik yasalar kullanılarak tasarlanmıştır. Modelin yüksek doğruluk seviyesi, kompresör ve türbin için gerçek bileşen haritalarının ve özgül sıcaklık terimlerinin hesaplanmasındaki ampirik denklemlerin kullanılması ile elde edilmiştir. Gerçek motora daha fazla benzerlik göstermesi için modele, kompresörden hava tahliyesi, türbin soğutması ve ısı emilmesi gibi durumlar da eklenmiş bulunmaktadır. Geçiş dinamiklerinin modellenmesinde, iki bileşen arasındaki kütle debisi farkını doğrudan basınca bağlayan bileşen-arası hacim yöntemi kullanılmaktadır. Bu sayede, model herhangi bir iterasyon gerektirmeden geçiş durumlarını yüksek bir hızla ve doğruluk oranı ile hesaplayabilmektedir. Geliştirilen aerotermal model, daha önceden yayınlanmış olan sonuçlar ile başarılı bir şekilde doğrulandıktan sonra motor girişindeki akış düzensizliklerinin ve motor yıpranmasının simülasyonunda kullanılmıştır. Bunlardan ilki, durağan ve geçiş durumundaki sıcak hava emilmesi ile girişteki basınç düzensizliklerini içermektedir. Motor yıpranması durumu ise, literatürden alınan dört farklı senaryo kullanılarak simüle edilmiştir. Modelin gerçek zamanlı çalışma durumu, motor bileşenlerinin arasındaki hacimlerin zamanla oranlanması ile daha büyük zaman adımları kullanılarak, modelin doğruluk derecesi nerede ise hiç değiştirilmeden elde edilmiştir. T700 modeli, özgül sıcaklıkların hesaplanmasında kullanılan ampirik denklemlerin, özgül sıcaklığı akışkan sıcaklığına ve yakıt-hava oranına bağlı olarak belirleyen denklemler ile değiştirilmesi ve T700 türbin haritalarının ölçeklendirilmesi ile jenerik bir aerotermal model geliştirilmesi için de kullanılmıştır. Geliştirilen jenerik model, Lycoming T53 turboşaft motorunun durağan performansının simülasyonunda kullanılmıştır.