شبیه‌سازی و کنترل یکپارچه دینامیک موتور توربوجت و دینامیک پرواز هواپیمای بال ثابت

در این مقاله مسئله شبیه‌سازی و کنترل تجمیعی پرواز-پیشرانش به‌عنوان یک موضوع تحقیقاتی جدی و موردنیاز در صنعت هوافضا موردتوجه قرارگرفته است. در تحقیقات پیشین غالباً به مسئله کنترل پرواز و مسئله کنترل موتورهای توربینی به‌صورت جداگانه پرداخته‌شده است؛ اما دیدن اثرات متقابل دینامیک پرواز و دینامیک موتورهای توربینی بر روی یکدیگر کمتر موردتوجه بوده است. در ابتدا به‌منظور مدل‌سازی حرکت بدنه پهپاد، معادلات سینماتیک و دینامیک پرواز ارائه‌شده است. معادلات انتقالی بر اساس تئوری نیوتن و معادلات دورانی بر اساس تئوری اویلر توسعه داده‌شده است. سپس معادلات ترمودینامیکی و دینامیکی لازم برای مدل‌سازی موتور توربوجت ارائه‌شده است. معادلات دهانه ورودی موتور، کمپرسور، توربین، محفظه احتراق و نازل به‌صورت جداگانه موردبررسی قرارگرفته است. تمام شبیه‌سازی‌ها در محیط سیمولینک نرم‌افزار متلب صورت گرفته و گرافیک پرواز را می‌توان به‌صورت زمان-واقعی توسط نرم‌افزار فلایت‌گیر مشاهده نمود. سپس یک ساختار برای شبیه‌سازی و کنترل یکپارچه دینامیک پرواز و دینامیک موتور، پیشنهادشده که در آن علاوه بر مسئله‌ی کنترل پرواز و قرارگیری پهپاد بر روی مسیر دلخواه، به مسئله کنترل سرعت دورانی شفت و رعایت قیود موتور توربوجت نیز توجه شده است. سپس ضرایب کنترلی پرواز-پیشرانش به‌صورت هم‌زمان برای ماموریتی مشخص، توسط الگوریتم ژنتیک بهینه‌سازی شده‌اند. در آخر نتایج حاصل از شبیه‌سازی ارائه گردیده و بر روی آن بحث و بررسی صورت گرفته است.

integrated simulation and control of turbojet engine dynamics and fixed-wing airplane flight dynamics

in this article, the simulation and integrated control of flight-propulsion are addressed as a significant and necessary research topic in the aerospace industry. in previous research, flight control and turbine engine control have often been treated separately; however, the mutual effects of flight dynamics and turbine engine dynamics on one another have received less attention. initially, to model the movement of the uav body, kinematic and flight dynamics equations are presented. transmission equations are developed based on newton’s laws, and rotational equations are derived from euler’s theory. subsequently, the thermodynamic and dynamic equations necessary for turbojet engine modeling are introduced. the equations governing the engine inlet opening, compressor, turbine, combustion chamber, and nozzle are examined separately. all simulations are conducted in matlab/simulink. flight graphic is displayed in real-time using flightgear software. a structure for simulating and controlling flight dynamics and engine dynamics is proposed, addressing not only the control of flight and the uav’s trajectory but also the control of the shaft’s rotational speed while observing the limitations of the turbojet engine. additionally, flight-propulsion control coefficients are simultaneously optimized for a specific mission using genetic algorithm. finally, the simulation results are presented and discussed.