مدل‌سازي و كنترل عملكرد موتور توربوفن با در نظر گرفتن مشخصات مرحله‌به‌مرحله كمپرسور در شرايط پرواز

كارشناسي ارشد

امروزه جهت تأمين نيروي پيشران موردنياز هواپيماهاي تجاري از موتورهاي توربوفن استفاده مي‌شود. توليد نيروي پيشران زياد، ميزان مصرف سوخت مناسب و ايجاد سرعت بالاتر نسبت به موتورهاي ملخي در شرايط پروازي، سبب توجه ويژه به اين نوع توربين‌ها شده است. با توجه به هزينه بالاي تست عملي توربوفن‌ها، مدل‌سازي اين موتورها در سال‌هاي اخير موردتوجه قرار گرفته است. جهت ساخت يك مدل جامع از موتور، بايد علاوه بر مدل‌سازي دقيق سيكل ترموديناميكي، شرايطي كه موتور قرار است در آن كار كند به‌خوبي تعريف شوند. از اين منظر شرايط پروازي‌اي كه موتور توربوفن در آن كار مي‌كند نيز بايستي در مدل‌سازي لحاظ گردد. علاوه بر آن، هر موتور يك‌ سري محدوديت‌هاي فيزيكي و عملكردي دارد كه با طراحي يك كنترلر مناسب، مي‌توان علاوه بر رعايت اين محدوديت‌ها، مصرف سوخت بهينه‌اي را نيز براي آن تأمين كرد. جهت جلوگيري از ايجاد ناپايداري در كمپرسور و كنترل دماي ورودي به توربين فشار بالا از بليد استفاده مي‌شود. لذا مدل‌سازي موتور با در نظر گرفتن مشخصات مرحله‌به‌مرحله كمپرسور براي مكان‌يابي بليد و تعيين ميزان بليد موردنياز از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. در اين رساله، مدل‌سازي و كنترل عملكرد موتور توربوفن با در نظر گرفتن مشخصات مرحله‌به‌مرحله كمپرسور در شرايط پرواز انجام شده است. بدين منظور جهت شبيه‌سازي شرايط پروازي از مفاهيمي نظير پاكت پروازي و مسير پروازي استفاده شده است. پاكت پروازي مربوطه با استفاده از نرم‌افزار تجاري Gasturb و مسير پروازي نيز با استفاده از اطلاعات ارائه‌شده توسط دفتر مهندسي پرواز به دست آمده است. همچنين اطلاعات مربوط به عملكرد دو هواپيماي ايرباس 320 و بوئينگ 737 كه داراي موتورهايي با مشخصات نزديك به موتور موردبررسي در اين پژوهش هستند، استخراج‌شده و از آن‌ها در شبيه‌سازي شرايط پروازي بهره گرفته شده است. مدل مورداستفاده، مدل ترموديناميكي موتور توربوفن IR59-MT-X است. علاوه بر آن، بليد طراحي‌شده براي اين مدل در قالب يك الگوريتم حلقه باز در محيط Simulink به مدل اضافه شده است. جهت محاسبه سوخت مناسب موتور، از الگوريتم Min-Max بهره گرفته شده است. آنگاه بهينه‌يابي ضرايب كنترلر در دو حالت استاندارد و پروازي، با الگوريتم ژنتيك صورت پذيرفته است. درنهايت نتايج مدل‌سازي و تحليل عملكرد با كنترلر Min-Max به ازاي سيگنال‌هاي ورودي ماخ، ارتفاع و فرمان خلبان ارائه شده است كه نشان مي‌دهد قيود موتور از محدوده مجاز خارج نشده‌اند و تراست موردنياز به نحو مطلوبي تأمين شده است. واژه‌هاي كليدي: موتور توربوفن – الگوريتم كنترلي Min-Max – الگوريتم ژنتيك – مدل با كمپرسور مرحله‌به‌مرحله – شرايط پروازي

191685

دانشگاه علم و صنعت ايران

طراحي كاربردي

دكتر مرتضي منتظري