مدل‌سازی ترمودینامیکی و شبیه‌سازی یک موتور توربوفن گیربکس‌دار با سیستم کنترل هیدرومکانیکی

در این مقاله جهت بررسی عملکرد یک موتور توربوفن گیربکس‌دار و سیستم کنترل آن، مدلسازی ترمودینامیکی موتور به همراه مدلسازی کنترلر هیدرومکانیکی مربوطه انجام می‌گیرد. در شبیه ‌سازی عملکرد موتور از داده‌های تست موتور جهت اعتبارسنجی استفاده می ‌شود. حداکثر اختلاف خروجیهای مدلسازی موتور با داده‌های موتور در شرایط برخاست به اندازه 3.2% و با داده‌های تست موتور در دورهای مختلف به اندازه 7.6% است. جهت مدلسازی کنترلر، با استفاده از داده‌های موتور و منطق حاکم بر آن، یک ساختار جامع برای کنترلر استخراج می‌شود. نتایج شبیه‌سازی عملکرد موتور به همراه سامانه کنترلی به ازای دستورات دسته گاز از حداکثر درجه تا حداقل آن، نشاندهنده عملکرد دقیق مدل کنترلر در تامین نیروی رانش و حفظ قیود است. از نتایج این تحقیق علاوه بر تحلیل عملکرد موتور در شرایط کاری مختلف، جهت بررسی نقاط قوت و ضعف سامانه کنترلی موجود و طراحی کنترلر جدید می‌ توان استفاده نمود. از آنجایی که امکانات سیستمهای کنترل هیدرومکانیکی برای مدیریت سوخت موتور، سیستم تخلیه و سامانه‌های جانبی محدود است، لذا شبیه‌سازی ساختار کنترلر موجود در ارتباط با مدل موتور، جهت توسعه آن از نوع هیدرومکانیکی به نوع الکترونیکی خودمختار حاوی بخشهای پایش وضعیت، مدیریت سلامت موتور و کنترل مقاوم در مقابل عیوب حائز اهمیت است.

thermodynamic modeling and simulation of a geared turbofan engine with hydromechanical control system

in this paper, in order to investigate the performance of a geared turbofan engine and its control system, the thermodynamic modeling of the engine along with the modeling of the corresponding hydromechanical controller is conducted. engine test data is used for validation of engine performance simulation. the maximum difference between engine modeling outputs and engine data in take-off conditions is 3.2% and with engine test data in different rotor speeds is 7.6%. in order to model the controller, a comprehensive structure is extracted for the controller by using the engine data and the governing logic. the simulation results of the engine performance along with the control system according to the throttle commands from the maximum degree to the minimum, indicate the accurate performance of the controller model in fulfilment of thrust and limit protection. in addition to analyzing the performance of the engine in different operating conditions, the results of this research can also be used to examine the strengths and weaknesses of the existing control system. since the capabilities of hydromechanical control systems for managing engine fuel, bleed system and peripheral systems are limited, therefore, simulating the existing controller structure in connection with the engine model is important to develop the hydromechanical type controller to an autonomous electronic type containing condition monitoring, health management and fault-tolerant control.