تحلیل پارامتریک رفتار غیردائمی یک موتور توربوجت بر مبنای مدلسازی غیرخطی ائروترمودینامیکی

پژوهش حاضر به تحلیل پارامتریک رفتار گذرای یک موتور توربوجت بر مبنای مدلسازی غیردائمی و مبتنی بر معادلات ائروترمودینامیکی حاکم می‌پردازد. مدل دینامیکی مورد نظر در محیط سیمولینک نرم افزار متلب توسعه یافته است. از مجموع عوامل موثر بر عملکرد گذرا، سه عامل مهم شامل دینامیک شفت، دینامیک حجم و دینامیک انتقال حرارت در مدل مورد نظر گنجانده شده است. جهت اعتبارسنجی، نتایج مدل شامل تغییرات میزان دور موتور، نیروی پیشرانش و دمای گازهای خروجی از محفظه احتراق و توربین در یک عملیات شتاب معکوس (از 100 تا 70 درصد دور نقطه طراحی)، با نتایج حاصل از نرم‌افزار شبیه‌سازی توربین گاز یا اصطلاحاً جی. اس. پی.مقایسه شده است. نتایج حاکی از توانایی بالای مدل در شبیه­سازی عملکرد گذرا می‌باشد، به‌نحوی‌که بیشینه درصد خطا کمتر از 4 درصد در میزان نیروی جلوبرندگی می‌باشد. سپس در بررسی پاسخ گذرا، عملیات افزایش دور موتور با سه نرخ متفاوت افزایش میزان مصرف سوخت، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش نرخ مصرف سوخت، نگرانی های عملکردی مانند فرارفت دما جریان در ورود به توربین و نیز احتمال وقوع پدیده سرج در کمپرسور تشدید می‌شود. به‌گونه‌ای که در مدل حاضر شتاب‌دهی در مدت 2/5 ثانیه می تواند دمای ورود به توربین را تا حدود 21 کلوین افزایش دهد.

Parametric analysis of transient performance of a turbojet engine based on nonlinear aero-thermodynamic modeling approach

The present study deals with the parametric analysis of a turbojet engine performance based on transient aerothermodynamic governing equations. The required dynamic model developed in Simulink environment. From the complex factors affecting on transient performance, three factors including rotor dynamic, volume dynamic and heat soakage is presented in the model. To validate the model results, a deceleration operation from 100% to 70% of the design rotor speed is carried out and rotational speed, thrust, turbine inlet temperature and turbine exhaust gas temperature of the present model results were compared with commercial program GSP. The results show the ability of the model to simulate the transient performance so that the maximum percentage error is less than 4 percent in thrust prediction. Then in the transient response of the engine acceleration from 70% to 100% of the rotor speed, three different rate of fuel consumption is studied. The results indicate that with sudden acceleration, temperature overshoot at the inlet to the turbine and the occurrence of compressor surge can be harmful, such that the engine acceleration during 2.5 (s) can increase turbine inlet temperature to about 21 K with respect to reference value.