Engine fuel flow modelling and cruise simulation for Hawk jet trainer

Tässä diplomityössä tehtiin Hawk-suihkuharjoituskoneissa käytetylle Adour Mk 851 -suihkumoottorille numeerinen moottorimalli. Moottorimallilla voidaan laskea lentokoneen polttoaineenkulutus ja tuotettu työntövoima eri lentotilanteissa. Lisäksi työssä tehtiin Matlabkielinen matkalentosimulaattori, johon sisältyy nousulento, vaakalento ja liukulento. Matkalentosimulaattorilla voidaan laskea koneen erilaisilla kuormauksilla suoritettavien matkalentojen polttoaineenkulutuksia. Hawk Mk 51 ja 51A -koneversioille tehty simulaattori ja moottorimalli muutettiin vastaamaan tehokkaampaa Mk 66 -versiota. Muutetulla moottorimallilla laskettiin Mk 66 -koneversion matkalennon suoritusarvoja. Simulaattorin toiminta perustuu kahden vapausasteen pistemassan voimayhtälöiden aikaintegrointiin Eulerin eksplisiittisellä menetelmällä. Ohjelman toiminta tarkastettiin vertaamalla simuloituja tuloksia Hawk Mk 51:n operointikäsikirjan ilmoittamiin vaakalennon ominaiskantamiin ja nousu- sekä liukumatkoihin eri kuormauksilla. Matkalentosimulaattorilla päästiin vaakalennon osalta hyvään, alle kahden prosentin virhemarginaaliin alkuperäisiin operointikäsikirjan lähtötietoihin verrattuna. Matkalentosimulaattorilla voidaan laskea lentomatkalla kuluva polttoaine tai matkalennon ylijäämäpolttoainetta vastaava harjoitusaika. Helppokäyttöinen simulaattori nopeuttaa ja tarkentaa normaalisti käsin laskettavaa lennonsuunnittelua, mikä tuottaa kustannussäästöjä lennonsuunnitteluun kuluvan työajan pienentyessä. Lisäksi simulaattorin avulla voidaan simuloida erilaisia nousu- ja laskumenetelmiä, joiden tulokset voivat parantaa lentokoneen polttoaineenkulutusta matkalennossa. Edelleen simulaattorilla saatiin laskettua Hawk-konetyypin versio- ja kuormauskohtaisia ominaiskantaman suhteen maksimoituja vaakalentonopeuksia lentomassan funktiona. Pienentynyt polttoaineenkulutus tehostaa lentokoneen tarkoituksenmukaista käyttöä lentäjien ohjaajakoulutuksessa harjoitusajan kasvaessa.The purpose of this thesis was to generate model for Hawk Mk 51 jet trainer’s Adour Mk 851 low-bypass turbofan engine. The engine model is used to determine fuel flow and produced thrust in various flight states. In addition, a Matlab-based program was made to simulate flights consisting of climb, cruise and glide phases. The flight simulator was used to calculate required fuel quantity for flights with various loadings. The engine model and the flight simulator were modified to correspond Hawk Mk 66, which uses a slightly more powerful engine compared to Mk 51 and Mk 51A. The modified simulator version was used to determine performance data for Mk 66. Euler’s explicit time integration is used to calculate force equations applied to a point mass in two degrees of freedom. Correct action of the flight simulator was confirmed by comparing specific air ranges and distances covered in cruise and gliding flight to the values presented in Hawk Mk 51 operating data manual (ODM) for various flight loadings. The simulator achieved good accuracy of less than 2 per cent error compared to ODM in cruise flight. The simulator can be used to calculate fuel burned in a flight with specified length or the duration of a flight exercise using the excess fuel remaining after a cruise. An easy-to-use simulator makes flight planning faster and more accurate compared to manually performed flight planning. Time saved by using automated fuel calculations in flight planning leads to cost savings. The flight simulator can also be used to study various climb and descent methods with respect to fuel savings. Furthermore the simulator was used to determine cruise speeds that maximize specific air range as a function of flight mass for various flight configurations. Decrease in fuel consumption improves the aircraft utilization in pilot training as exercise durations increase