17627

17627

تحليل عملكرد و بهبود الگوريتم كنترل موتور توربوفن در شرايط پرواز

كارشناسي ارشد

فروردين 1396

دكتر مرتضي منتظري

مكانيك

موتور توربوفن كه يكي از انواع موتور هاي جت مي باشد چند دهه اي است كه در صنعت هوافضا مورد استفاده قرار گرفته و با توجه به خصوصيات منحصر به فرد خود همانند بازدهي بالاتر و مصرف سوخت ويژه كمتر نسبت به ديگر موتور هاي جت توانسته است جايگاه ويژه اي را در اين بخش به خصوص در زمينه حمل و نقل تجاري به خود اختصاص دهد. اما همانطور كه مي دانيم موتور توربوفن نيز همانند ديگر سيستم هاي مورد استفاده در زمينه حمل و نقل نيازمند طرحي است كه در پي آن موتور بهترين كارآيي در عين تامين عملكردي امن در شرايط پروازي مختلف را بدست آورد. با گسترش علم مكاترونيك در دهه هاي اخير كه حاصل تركيب علوم الكترونيك، مكانيك، كنترل و كامپيوتر مي باشد، سيستم كنترل اين گونه موتور ها ارتقا داده شده و امروزه از سيستم كنترل FADEC به عنوان بخش سخت افزاري و از الگوريتم هاي كنترلي به عنوان بخش نرم افزاري سيستم كنترل اين گونه موتور ها استفاده مي شود ولي با توجه به كارآيي بالاي سيستم FADEC رقابت در اين بخش مربوط به طراحي و بهينه يابي الگوريتم هاي كنترلي خواهد بود. در اين پروژه تحليل عملكرد و بهبود الگوريتم كنترل موتور توربوفن در شرايط پروازي مورد بررسي قرار گرفته است. در همين راستا در ابتدا مدل سازي ترموديناميكي موتور توربوفن با استفاده از روابط ديناميكي و ترموديناميكي حاكم بر سيستم در سه بخش نقطه طراحي، حالت پايا و حالت گذرا انجام شده و در ادامه و با استفاده از الگوريتم كنترلي Min-Max حالت گذراي موتور تحت كنترل درآمده است. اما به دليل استفاده از مدل سازي ها و طراحي هاي صورت گرفته در شرايط واقعي، بايد مدل ايجاد شده و همچنين كنترلر طراحي شده براي استفاده در شرايط پروازي مختلف بازطراحي شوند. به همين دليل در بخش انتهايي پايان نامه شرايط پروازي مختلف از جمله ماخ، ارتفاع و دماي محيط به عنوان ورودي مدل موتور مطرح مي شوند و كنترلر نيز تعميم پيدا خواهد كرد. روند مدل سازي و نتايج بدست آمده نشان مي دهند كه مدل ترموديناميكي توليد شده دقيق و كارآمد است و همچنين قابليت انعطاف پذيري بالايي به منظور پذيرش تغييرات در ساختار خود دارد. با توجه به استفاده از كنترلر Min-Max و همچنين اعمال شرايط پروازي به مدل، محدوديت هاي فيزيكي و عملكردي موتور در شرايط پروازي مختلف به خوبي رعايت شده اند و از فرارفت دماي ورودي به توربين، فشار خروجي از كمپرسور فشار بالا، سرعت و شتاب محور هاي فشار بالا و فشار پايين، ايجاد پديده سرج و خاموش شدن شعله در محفظه احتراق جلوگيري به عمل آمده است. واژه‌هاي كليدي: موتور توربوفن، مدل سازي ترموديناميكي، كنترلر Min-Max، شرايط پروازي

1396/04/29

1/1/1900 12:00:00 AM

Turbofan engine is one of jet engines which is used in aerospace industries for decades and considered as specific kind of jet engines especially in commercial transportation according to its spectacular properties like more efficiency and less special fuel consumption in comparison with the other kinds of jet engines. As known, turbofan engine like other transportation systems needs the best designing to reach the best and safe performance during different flight conditions. Control systems of such engines have been developed, so FADEC control system is used as software part and different control algorithms are used as software parts in control systems of these engines that is the result of developing in mechatronics science which is combined of electronics, mechanics, control and computer sciences. But also because of high performance ability of FADEC systems, designing and optimizing of the control algorithms is up-to-date challenge. Performance analyzing and optimizing of control algorithm in turbofan engine during different flight conditions is surveyed in this project. To get this goal thermodynamic modeling of turbofan engine is done in three parts according to dynamic and thermodynamic equations of system: design point, steady state and transient. Min-Max controlling algorithm is used to control turbofan engine during transient performance. Min-Max controller must be rebuilt to be used in real time modeling during different flight condition. Flight conditions like Mach number, altitude and ∆T ambient is considered in last part of this project and the controller is generalized. Modeling procedure and achieved results show that designed thermodynamic model of turbofan engine is exact and practical and has high flexibility. Physical and performing limitations are satisfied by Min-Max controller according to different flight conditions and high pressure turbine’s inlet temperature, high pressure compressor’s outlet pressure, high pressure and low pressure shaft’s speed and acceleration, surge phenomena and flameout phenomena in combustion chamber are prevented to be occurred. Keywords: turbofan engine, thermodynamic modeling, Min-Max controller, flight conditions.