In this paper it is intended to set-up a sound model of the 60,000rpm 100kW prototype APU gas turbine rotor-bearing system, and particularly to investigate the influences of the tie shaft on the rotordynamic characteristics of the entire APU gas turbine rotor-bearing system, employing the dual shaft model. Firstly, a mock-up APU rotor has been constructed to test and verify the model. Analytical natural frequency results have agreed with the corresponding modal test ones to within 5% difference. Then, the rotordynamic characteristics of the prototype APU rotorbearing system have been investigated. Natural vibration and unbalance response analyses results have shown that the inner tie shaft resonance can cause high enough vibration of the outer main rotor shaft. This could be a concern as the rotor journals operate on very thin air film at high speed. It is concluded as a conservative design practice that the inner tie shaft should be explicitly modeled in the rotordynamic analysis of the APU rotor-bearing system.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2000.06a
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pp.1051-1057
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2000
A projected 100 kW APU gas turbine rotor-bearing system has a main outer shaft, which is composed of some numbers of segmented sections for manufacturing and assembly conveniences. For a secure assembly of the segmented sections a tie shaft or inner shaft is installed inside of the outer shaft and a tensional axial preload of 50,000 N is provided to it. In this paper it is intended to set-up a sound modeling method of the APU rotor system, and particularly, the influences of the tie shaft on the rotordynamic characteristics of the entire APU gas turbine rotor-bearing system are investigated. Analysis results show that as a conservative design practice the inner tie shaft should be actively modeled in the rotordynamic analysis of the APU rotor-bearing system, and its effects on the dynamic behaviors of the outer shaft should be thoroughly design-reviewed.
Kim, Bo-Ra-Mi;Choi, Chea-Hong;Rhee, Dong-Ho;Choi, Seong-Man
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2009.05a
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pp.285-288
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2009
In order to understand spray characteristics with inflowing air from the compressor in the APU gas turbine combustor, we performed spray visualization test by using ND-Yag Laser sheet beam. The sector combustor which size is 1/6 of the real combustor was manufactured. Turbo blower is used as an air supplying device to simulate gas turbine air flow condition. In the case of 75 m/s combustor inlet air flow condition, spray angle way increased and dispersed widely than without airflow condition.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2007.11a
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pp.359-364
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2007
Spray characteristics of the APU gas turbine engine were investigated. In order to understand blow out phenomena of the APU engine, we performed fuel spray test. In the test, four operating conditions such as sea level idle, sea level max power, 20,000 feet idle, 20,000 feet max power were used as spray experimental conditions. PDPA(phase Doppler Particle Analyzer) was used for measuring the particle diameter and velocity. Also spray visualization was performed by using ND-YAG sheet laser beam. From the test result, in the case of 20,000 feet idle condition, SMD is about 100 ${\mu}m$ and maximum particle velocity is about 10 m/s. For the flame stability, spray quality should be improved at 20,000 feet idle condition.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2000.11a
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pp.593-598
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2000
In this paper the critical speed analysis and design sensitivity investigation are carried out with an APU(auxiliary power unit) gas turbine having a spline shaft connection. The DDM(direct differential method) is directly applied to formulate the critical speed design sensitivity problem of a general nonsymmetric-matrix rotor-bearing system. The design sensitivity analysis have shown that the critical speed change rate to the support modeling of the spline shaft connection point is extremely negligible, and thereby its design uncertainty is lifted. It has also been confirmed that the critical speeds up to the 4th are not sensitive to the design stiffness coefficients of 4-main bearings or supports, including two air foil bearings. Further, the critical speed change rate to the shaft-element length have shown quantitatively that the spline shaft has some limited influence on the 4th critical speed.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2017.05a
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pp.198-200
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2017
An Auxiliary Power Unit (APU) is a small gas turbine engine that is mounted on an aircraft and serves to supply energy for ground and air starting of the main engine. APU also supplies emergency and auxiliary power for the aircraft. APU for aircraft is simple and compact in structure, but because it is mounted on manned aircraft, high reliability is required, so it must be proved its reliability through qualification procedure. The Korea Aerospace Research Institute and Hanwha Techwin successfully completed the design / analysis, fabrication, assembly, development test and certification test of APU for helicopter based on accumulated domestic R & D capability and experience from 2007 to 2012. In this paper, the development and certification process of auxiliary power unit for helicopter is summarized.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.36
no.8
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pp.791-796
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2012
Small gas turbine engines are used in aircraft as an auxiliary power unit (APU) to supply compressed air to start the main engine and for emergency electricity. When an aircraft is operating in an environment in which sand and dust is present in the ambient air, the engines as well as the APU ingest the sand and dust. This causes erosion of the engine and a degradation in its performance. The present study investigated the effect of sand and dust ingestion on small gas turbine engines. The concentration of sand and dust was $4.4{\times}10^{-5}kg$ per unit kg of air, which follows the specification in MIL-E-8593. The test was conducted for 10 h, and the engine performance before and after the test was compared. In addition, a tear-down inspection was conducted to examine the erosion patterns of sub-components such as the impeller and turbine wheel.
Development of a small gas-turbine combustor for 100kW class APU(Auxiliary Power Unit) has been performed. This combustor is a reverse-annular type and has a tangential swirler in the liner head to improve the fuel/air mixing and flame stability. Three main and three pilot fuel injectors of the simplex pressure-swirl type are used. The performance target at the design condition includes a turbine inlet temperature of 1170K, a combustion efficiency of 99%, a pattern factor of 30%, and an engine durability of 3000 hours. Under developing the combustor, we conducted performance test of our first prototype(TS1) with some variants. As a result of the test, the performance targets of the combustor are satisfied except that the pattern factor is about 4% higher than target value. So, we redesigned the second prototype(TS2) and conduct performance test with the critical focus on pattern factor and exit mean temperature. We adopted TS2 four variant to check the improvement of pattern factor. As the result, the pattern factors of several variants were satisfied with the performance target. Finally, We chose the TS2A variant as a final combustor for our APU model.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.2
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pp.774-780
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2021
The auxiliary power unit (APU) of a rotorcraft starts the engine during operation/flying. The APU is composed of a gas turbine engine type. The starting principle of the component is that the electric start motor generates the power required for starting by rotating the shaft. In this study, quality improvement was performed by applying an over-running clutch (ORC) between the APU and the starter motor to secure the operability of the starter motor of the APU mounted on the rotorcraft. The starter motor has the main role of starting the APU, but during operation, it is rotated without load by the rotational force of the APU gear shaft, resulting in friction at the brush. This phenomenon causes abrasion of the brush of the starter motor. Consequently, when the APU operation time increases, the brush life decreases, and the operability of the APU is affected. In this study, an ORC that separates the interlocking between the start motor brush abrasion and the APU operation time was applied to improve the operability/durability of the APU starter motor. The effect was verified through a test, and the technical feasibility of the design change was analyzed.
Park, Hee-Ho;Kim, Ki-Tae;Sung, Ok-Seok;Lim, Byeung-Jun
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2011.04a
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pp.401-405
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2011
Although the APU combustors were developed successfully, it could face many unexpected hardships in a engine or a system operated under the severe environment. This study is to be verified and settled by experimently and analytically of the problems and issues occurred in a variety of engine and system operation tests.
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