موتورهای جت هوشمند

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamavation

نام: roham hesami radرهام حسامی راد

محل اقامت: فعلا تهران قیطریه بلوار کتابی 8 متری صبا City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 2469

سپاس: 4615

جنسیت:

تماس:

موتورهای جت هوشمند

پست توسط rohamavation »

موتورهای جت هوشمند Intelligent jet engines

موتورهای جت بر اساس سیکل برایتون کارمیکنند و همچنین جهت افزایش راندمان موتور و طول عمر ان باید راهکاری جهت کاهش فرسایش و ترک و چقرمگی Toughness قطعات انجام داد .وهمچنین کارکرد با حداکثر راندمان پس استفاده ازمواد هوشمند ومواد خود ترمیم شونده پلیمرها، فلزات، سرامیک‌ها و کامپوزیت‌ها که وقتی در اثر استفاده عملیاتی آسیب می‌بینند، می‌توانند به طور کامل یا جزئی مجموعه خواص اولیه خود را بازیابی کنند. من میخوام مواد خود ترمیم شوندهSelf-healing materials استفاده کنم که قابلیت تحمل دمای بالا داشته باشند که این توانایی را داشته که به طور خودکار آسیب های وارده به خود را بدون هیچ گونه تشخیص خارجی مشکل یا مداخله انسانی ترمیم کنند. به طور کلی، مواد در طول زمان به دلیل خستگی، شرایط محیطی یا آسیب های وارد شده در حین کار تخریب می شوندو میدونم که ترک ها و انواع دیگر آسیب ها در سطح میکروسکوپی خواص حرارتی، الکتریکی و صوتی مواد را تغییر می دهند و انتشار ترک ها می تواند منجر به شکست نهایی مواد میشه. به طور کلی، ترک ها در مراحل اولیه به سختی قابل تشخیصندو برای بازرسی ها و تعمیرات دوره ای نیاز به مداخله دستی است. اما مواد خود ترمیم شونده از طریق شروع یک مکانیسم تعمیر که به ریز آسیب پاسخ می دهد، با تخریب مقابله میکنن به طور کلی من دنبال مواد Refractories Materialby &Aself-healing materials هستم مواد با دمای بالا برای موتورهای جت ؟با این حال، با توجه به اینکه نقطه ذوب سوپرآلیاژهای فعلی حدود 1850 درجه سانتیگراد است، چالش یافتن موادی است که در برابر دماهای داغتر مقاومت کنندنانوکامپوزیت‌های هیدروژلی هستند که با محصور کردن نانوذرات کاربردی، از جمله نانوذرات فلزی و نانوذرات سرامیکی، در یک ماتریس هیدروژل تشکیل می‌شوند.کامپوزیت‌های ساختاری ذاتاً هوشمند، مواد ساختاری چند منظور که می‌توانند عملکردهایی مانند حس کردن فشار، تنش، آسیب یا دما را انجام دهند. تولید انرژی ترموالکتریک؛ محافظ EMI؛ اصلاح جریان الکتریکی؛ و کاهش ارتعاش ماده‌ای که به‌عنوان کامپوزیت سازه‌ای به‌کار گرفته می‌شود و خود نیز یک حسگر است، اصطلاحاً کامپوزیت خودحسگره عملکرد خود ترمیم کننده در دیرگدازهای حاوی کربن مانند MgO-C، Al2O3-C و غیره دیده میشه. غیر اکسیدهایی مانند فلز خالص، آلیاژها، کاربیدها و نیتریدها عمداً به ترکیب دیرگداز اضافه میشن تا این عملکرد را ایجاد کنند. به عنوان پایه ای برای توسعه یک دیرگداز خود ترمیم شونده، مکانیسم خود ترمیم کننده در دیرگداز حاوی کربن .و لزوم استفاده از پوشش های ضدخوردگی خود ترمیم شونده-Self-healing anti-corrosion coatings خوب یکی برای طراحی جت استفاده از
کامپوزیت های اکستیک که با داشتن پواسوی منفی وقتی که دستکاری می‌شوند تا به روشی قابل کنترل و برگشت‌پذیر پاسخ دهند و برخی از خواص خود را در نتیجه محرک‌های خارجی مانند تنش‌های مکانیکی خاص یا دمای معین و غیره تغییر دهند. از جمله آلیاژهای حافظه (واکنش به حرارت و فشار)، مواد پیزوالکتریک (واکنش به الکتریسیته و فشار)، مواد الکتریکی (واکنش به میدان الکتریکی)، مواد مغناطیسی گیر خوب سوپرآلیاژها گروهی از آلیاژهای نیکل، آهن-نیکل و کبالت هستند که در موتورهای جت استفاده میشن. این فلزات دارای خواص بسیار عالی در برابر حرارت هستند و سفتی، استحکام، چقرمگی و پایداری ابعادی خود را در دماهای بسیار بالاتر از سایر مواد ساختاری هوافضا حفظ میکنن.موتورهای جت های فعلی عمدتاً از آلیاژهای حاوی نیکل و آلومینیوم استفاده می کنند که یک شبکه مکعبی قوی را تشکیل میدن. در داخل و اطراف این سازه آجر مانند تا هشت جزء دیگر وجود دارد که یک ملات را تشکیل می دهند. اجزای سازنده با هم کیفیت برتر را به مواد می دهندآلیاژهای حافظه دار تنها بخش کوچکی از مواد هوشمند هستند. پس از تغییر شکل، زمانی که گرم می شوند یا در معرض میدان های مغناطیسی قوی قرار می گیرند، به شکل قدیمی خود برگردن.SMA ها در شورونchevrons aircraft استفاده میشن
شورون ها به دلیل جریان داغ ناشی از موتور گرم میشن این باعث تغییر شکل آنها و خم شدن آنها به جریان نزدیک می شود. این امر باعث ایجاد گرداب هایی می شود که با مخلوط کردن تدریجی جریان های سرد و گرم که از موتور میاد صدای موتور را کاهش میده
بسیاری از کاربردهای برای آلیاژهای دارای حافظه شکل شامل محیط های بسیار گرم مانند موتور جت در حال کاره اما تا حالا آلیاژهای حافظه شکل با دمای بالا (HTSMA) فقط در دمای حدود 400 درجه سانتیگراد کار میکنند من دمای بالاتر میخوام درون جت و محفه احتراق و کمپرسور .مواد، آلیاژهای با آنتروپی بالا، که از چهار یا چند عنصر در مقادیر تقریباً مساوی با هم مخلوط شده اند، افزایش دهند. موادی متشکل از چهار یا چند عنصر شناخته شده برای تشکیل آلیاژهای حافظه دار (نیکل، تیتانیوم، هافنیوم، زیرکونیوم و پالادیوم) را ایجاد کرده که 700 درجه تحمل داره
نسل جدید مواد هوشمند سطح، شبکه‌ای از حسگرها و محرک‌ها، قابلیت‌های کنترل زمان واقعی، قابلیت‌های محاسباتی و مواد ساختاری میزبان را در خودش جای داده . معمولاً به سیستم‌های ساختاری متصل یا تعبیه میشن تا این ساختارها را قادر می‌سازد تا اغتشاشات را حس کنند، اطلاعات را پردازش کنند و واکنشی را در محرک‌ها برانگیزند، احتمالاً برای نفی اثر اختلال اصلی. برای کارهای کاهش لرزش فعال در فناوری سازه های هوشمند، سرامیک های پیزوالکتریک اولین انتخاب هستند. آنها نیروهای زیادی تولید می کنند، زمان پاسخ سریع دارن به صورت الیاف، تکه ها و پشته ها به صورت تجاری در دسترس هستند و امکان ادغام در اجزای ساختاری را فراهم میکنه. محرک های گسترش پیزوالکتریک به سطح متصل می شوند یا در داخل سازه تعبیه می شوند. ارتعاشات رزونانسی تیغه های موتور هوا باعث مشکلات خستگی تیغه در موتورها می شود که می تواند منجر به ضخیم تر و عملکرد پایین تر تیغه ها از نظر آیرودینامیکی، افزایش وزن موتور، سوختن سوخت و هزینه های تعمیر و نگهداری شود. به منظور سرکوب سطوح ارتعاش نامطلوب تیغه، از کنترل ارتعاش پیزوالکتریک فعال استفاده می‌شن که به طور چشم گیری طراحی تیغه‌های نازک‌تر را برای تیغه‌هایی با عملکرد بالاتر و به حداقل رساندن مشکلات خستگی تیغه ممکن می‌سازد. مقادیر در کنترل میرایی ارتعاش تغییر می کند.
مفهوم موتور هوشمند حول این ایده می چرخه که موتور برای خودش فکر می کنه. مغز سیستم یک سیستم کنترل الکترونیکیه که وضعیت موتور و عملکرد سیستم موتور (پاشش سوخت، سوپاپ اگزوز، روغن سیلندر و سیستم شارژ توربو) را تجزیه و تحلیل می کنه. همراه با کنترل و زمان‌بندی لازم برای کارکرد روان دیزل بر اساس شرایط موتور، سیستم هوشمند می‌تونه به طور فعال از موتور در برابر آسیب‌های ناشی از اضافه بار، نبود موتور محافظت کنه. نگهداری و ناسازگاری.کنترل محدود موتورهای هوشمند این امکان را میده که به صورت دستی متغیرهای بیشتری را نسبت به سیستم میل بادامک فعلی تنظیم کنه. همراه با کنترل‌های دستی، اپراتورها می‌توانند به‌طور خاص برنامه‌هایی را طراحی کنند که مصرف سوخت، انتشار، خروجی توربو را بهینه می‌کند، و اجازه می‌دهد تا عملکرد بالایی تحت بارهای مختلف داشته باشند- یک سیستم کنترل الکترونیکی مرکزی تعبیه شده است که مغز سیستم است و وضعیت کلی را برای حفظ پارامتر عملکرد در محدوده و حفظ عملکرد موتور در سمت بالاتر نظارت و ارزیابی میکنه
از نقطه نظر سایبرنتیک موتورهای هوایی سیستم‌های غیرخطی با دینامیک پیچیده هستند که در محیط تصادفی در طیف گسترده‌ای از شرایط کار می‌کنند بهره وری انرژی، کارایی اکولوژیکی و ایمنی امروزه عوامل کلیدی در توسعه آنها هستند. موتورهای هوایی توربین گازی کوچک به طور خاص با ابعاد جمع و جور با وزن 0.5 تا 50 کیلوگرم و خروجی های رانش استاتیکی نسبتاً بالا در محدوده تا 1500 N مشخص میشه که نسبت توان به وزن بسیار بالایی را همانطور که معلومه تولید می کنند. چنین موتورهایی پتانسیل بزرگی را برای کاربردهای تجاری در مناطق مختلف هوانوردی برای رانش پهپادها و پهپادهای کوچک و همچنین هواپیماهای کوچک یا هلیکوپترها نشان میدن. به دلیل ابعاد فشرده و همچنین کارکرد و تولید مقرون به صرفه، این موتورها می توانند به عنوان بسترهای آزمایشی برای اهداف تحقیقاتی عمل کنند، کاربرد . موتورهای توربوجت کوچک همچنین به عنوان بسترهای آزمایشی در تحقیقات کاربرد سوخت های جایگزین برای موتورهای توربین گازی با استفاده از سوخت های مصنوعی . یا بهینه سازی فرآیندهای احتراق سوخت جت . همانطور که در بهینه سازی پره های توربین یا کمپرسورهای گریز از مرکز هم هست می توان از موتورهای توربوجت کوچک نیز برای طراحی و بهینه سازی اجزای موتورهای هوایی استفاده کرد. موتورهای توربین گازی کوچک نیز در بهینه‌سازی مسیر گاز عمومی استفاده میشن
به منظور بهبود راندمان عملیاتی موتورهای توربین گاز، تغییرات طراحی ساختمانی را می توان انجام داد مانند طراحی مجدد کمپرسور ، بهبود مواد و طراحی محفظه احتراق، طراحی مجدد نازل سوخت یا طراحی مجدد تیغه توربین. رویکرد دیگر افزایش کارایی از طریق طراحی و اجرای الگوریتم‌های کنترل پیشرونده با استفاده از سیستم‌های کنترل دیجیتال با سیستم کنترل خود تنظیمی است این امکان بهبود عملکرد موتور کنترل‌شده را تنها از طریق به‌روزرسانی‌های الگوریتم نرم‌افزاری فراهم می‌کنه که ممکن است راه‌حلی مناسب به‌ویژه در حوزه سیستم‌های بدون سرنشین باشه پس می توان نتیجه گرفت که استفاده از موتورهای توربین گازی کوچک برای نمونه سازی روش ها و رویکردهای کنترلی جدید، حوزه جدیدی است که به طور کامل مورد بررسی قرار نگرفته است و حتی برای کاربردها نیز پتانسیل بالایی دارد. .Full Authority Digital Engine Control
موتورهای توربین گازی که در حال حاضر در هوانوردی عمومی استفاده می‌شوند عمدتاً با استفاده از سیستم‌های کنترل موتور دیجیتال با اختیار کامل کنترل میشن - ،FADEC کنترل‌های دریچه گاز، پایه و مخلوط را در یک کنترل واحد ترکیب می‌کنه. هر تنظیم دریچه گاز در هر ارتفاعی منجر به ترکیب بهینه قدرت/پایه RPM/مخلوط می شود.FADEC با دریافت متغیرهای ورودی چندگانه وضعیت فعلی پرواز از جمله چگالی هوا، موقعیت اهرم دریچه گاز، دمای موتور، فشار موتور و بسیاری از پارامترهای دیگر کار می‌کنه. ورودی ها توسط EEC دریافت میشن و تا چند ده بار در ثانیه تجزیه و تحلیل میشن. پارامترهای عملکرد موتور مانند جریان سوخت، موقعیت پره استاتور، موقعیت سوپاپ تخلیه هوا و سایر موارد از این داده ها محاسبه شده و در صورت لزوم اعمال میشن. FADEC همچنین راه اندازی و راه اندازی مجدد موتور را کنترل میکنه. هدف اصلی FADEC ارائه بازده موتور بهینه برای یک شرایط پروازی معینه.البته نه کنترل کامل در دست کامپیوتر خلبان هم امکان کنترل دارد
. حالت‌های گذرا موتور توسط زمان‌بندی‌های حداقل/حداکثر شتاب/کاهش کنترل میشه معماری معمولی کنترل دیجیتال پایه موتور با استفاده از منطق حفاظت موتور جهت. تشخیص و مدیریت سلامت معمولاً به‌عنوان یک فرآیند جداگانه اجرا میشه که بر عملکرد و کنترل موتور با استفاده از محدودکننده‌ها تأثیر میزاره اقدامات تمدید کننده مثل استفاده از روش کنترل N_dot را می توان به عنوان پیش رونده در نظر گرفت .
استفاده از سیستم‌های کنترل دیجیتالی که دارای الگوریتم‌های کنترل موتور و قوانین در حال اجرا به‌عنوان نرم‌افزار هستند، خوب تنها با اصلاح آن الگوریتم‌ها یا به‌روزرسانی قوانین کنترل،ر اندمان را بهبود میبخشه.در بررسی فن آوری های هوشمند برای کاربرد در موتورهای توربین گازتصویر
رویکردی که اغلب در مفاهیم پیشرفته کنترل موتور توربین گاز استفاده میشه، استفاده از روش کنترل تطبیقی با استفاده از الگوریتم های مبتنی بر مدل تخصصی برای تغییر یا محاسبه ضرایب کنترل کننده های PID بر اساس محیط یا پارامترهای مدل. روش کنترل تطبیقی همچنین می‌تواند از عملکرد موتور و مدل‌های محاسباتی سلامت برای تطبیق کنترل‌کننده‌ها استفاده کنه همانطور که در طرح‌های مفهومی که موجد هست در و در سطح نظری، در تحلیل شده است. این کارها پیوندی را بین سیستم‌های تشخیص و کنترل موتور فراهم میکنه در حالی که از روش‌های هوش محاسباتی (مدل ARMAX) استفاده می‌کنند . در . روشهای دیگری که در کنترل پیشرفته موتورهای توربین گاز اتخاذ شده است، کنترل قوی، LQ و بهینه بود. این روش‌ها قبلاً در حل مسائل کنترلی پیچیده مفید هستند، . آنها با موفقیت در سیستم های کنترل موتور پیش بینی شده به کار گرفته شدند، الگوریتم کنترل قوی ، و الگوریتم های کنترل LQ در کنترل موتور توربین گاز اعمال شد . حتی روش‌های پیشرفته‌تری مانند کنترل پیش‌بینی یا الگوریتم‌های فازی-ژنتیک ترکیبی در انطباق کنترل‌کننده‌های موتور توربین گاز تصویر
کارها از حوزه الگوریتم های کنترل کنترل تطبیقی به الگوریتم های تشخیصی یا الگوریتم های ارزیابی سلامت موتور . سیستم‌های تشخیص دیجیتال مستقیماً به ایمنی و قابلیت اطمینان هر عملیات سیستم کنترل متصل هستند، اما اغلب به عنوان سیستم‌های جداگانه با استفاده از روش‌شناسی و الگوریتم‌های پیشرونده مانند ماشین‌های بردار پشتیبان و درخت‌های تصمیم همانطور که در طراحی شده‌اند یا کاربرد شبکه‌های عصبی در تشخیص عیب موتور بررسی می‌شوند. همانطور در وصل کردن سیستم تشخیص به سیستم کنترل موتور تشخیص مبتنی بر قواعد استنتاج فازی همراه با سیستم شبکه های عصبی نیز برای کاربرد در سیستم تشخیص عیب موتورهای توربین گازی در پیشنهاد شده است.
که با استفاده از روش‌های کنترل پیشرونده، راندمان، قابلیت اطمینان و ایمنی عملکرد موتورهای توربین گازی را می‌توان بهبود بخشید. با این حال، اکثر آنها نتایج و نتیجه‌گیری‌های خود را صرفاً بر اساس شبیه‌سازی‌هایی یا تنها طرح‌های مفهومی مانند ارائه می‌کنند. استفاده از روش‌های حوزه هوش محاسباتی را می‌توان همراه با اتصال سیستم‌های تشخیصی و کنترلی مشاهده کرد که می‌تواند قابلیت اطمینان و کارایی سیستم کنترل را افزایش دهد.
هدف از تحقیق ارائه شده در این مقاله طراحی یک سیستم کنترل و عیب یابی بسیار یکپارچه مناسب برای کنترل موتورهای توربین گازی است که مدولار بوده و قادر به ترکیب متدولوژی های مختلف پیش رونده و کنترل کلاسیک در یک معماری یکپارچه و در نتیجه افزایش راندمان باشد. از سیستم کامل تاکید در این طرح بر یکپارچگی قوی سیستم کنترل با عیب یابی و توانایی کنترل موتور همچنین در حالت های عملیاتی غیر معمول با استفاده از کارآمدترین کنترل کننده در شرایط فعلی است. سیستم طراحی شده به عنوان یک معماری چارچوب با استفاده از روش کنترل موقعیتی اصلاح شده به طور خاص برای کنترل دیجیتال موتورهای توربین گاز ارائه شده است.
برخلاف اکثر نتایج ارائه شده در مقالات تحقیقاتی، هدف اثبات کارایی طراحی سیستم کنترل چارچوب در شرایط آزمایشگاهی واقعی با استفاده از یک موتور توربوجت کوچک iSTC-21v با رانش استاتیک 500 N بر اساس یک توربو استارتر قدیمی TS-21 است. . معماری نمونه اولیه سیستم کنترل به‌منظور آوردن eff استیخ زدگی این طراحی قدیمی موتور توربو کمپرسور با استانداردهای مدرن با استفاده از چارچوب کنترل موقعیتی طراحی شده. این چارچوب به طور خاص بر روی موتورهای توربوجت کوچک اعمال می شود. با این حال، انتظار می رود که در موتورهای توربین گازی با اندازه معمولی نیز قابل اجرا باشد و از موتور کوچک به عنوان نمایشگر این رویکرد استفاده شود.
2. طراحی چارچوب روش شناسی کنترل موقعیت
طراحی یک کنترل کننده واحد که قادر به کنترل یک سیستم غیرخطی پیچیده دینامیکی باشد که در یک محیط تصادفی با کیفیت بالا در تمام حالت های عملیاتی آن کار می کند بسیار دشوار است. روش‌های پیشرونده مانند کنترل قوی کنترل درجه دوم خطی و مدل کنترل پیش‌بینی‌کننده و فازی قادر به تولید کنترل‌کننده‌هایی قوی هستند که طیف وسیعی از حالت‌ها و عدم قطعیت‌ها را پوشش دهند. با این حال، همانطور که در مراجع نشان داده شده است، اغلب از نظر محاسباتی بسیار پیچیده هستند. روش دیگری که قبلاً اغلب در حل مشکلات کنترل استفاده شده است، طراحی کنترل‌کننده‌های خاص ساده‌تر برای حالت‌های عملیاتی خاص سیستم دینامیکی مورد بررسی است، به عنوان مثال در یک برنامه کاربردی با استفاده از کنترل‌کننده‌های مختلف برای ژنراتور توربین گاز و سیستم قدرت سیستم پیشرانه هوایی همانطور که توضیح داده شد. در
در هوانوردی، این رویکرد به طور گسترده در سیستم های کنترل پرواز با طیف گسترده ای از الگوریتم های قابل اجرا ترکیب شده در سیستم های کنترل دیجیتال اویونیک مدرن و همچنین الگوریتم های کنترل سوئیچینگ سیستم کنترل موتور برای ویژگی های دینامیکی بهینه استفاده می شود. در کنترل پرواز، قوانین کنترل برای مراحل مختلف پرواز مانند زمین، برخاست، پرواز و فرود متفاوت است الگوریتم مشابهی را می‌توان در الگوریتم‌های کنترل موتور هوایی یافت - قدیمی‌ترین رویکرد، استفاده از زمان‌بندی‌های شتاب است که کنترل‌کننده‌های تخصصی برای کنترل شتاب به عنوان یک استراتژی کنترل ویژه همانطور که در مفهوم کنترل موتور سنتی نشان داده شده است. سپس از کنترل کننده های نقطه تنظیم/تریم برای نگه داشتن موتور در سرعت کار یا رانش پایدار استفاده می شود
این یک گام منطقی در حل مشکلات کنترلی است که می‌توان کنترل‌کننده‌های ساده‌تر و تخصصی‌تری را برای حالت‌های عملیاتی خاص طراحی کرد، تعریف شده است، دارای حلقه‌های کنترلی مختلف برای محدود کردن، حاکم کردن، و شتاب/کاهش سرعت. با این حال، این رویکردهای کنترلی یکپارچه نیستند. کنترل‌کننده‌های فردی تعامل ندارند و تنها با استفاده از منطق انتخاب حداقل یا حداکثریا با استفاده از سوئیچینگ مبتنی بر انرژی سوئیچ می‌شوند. از سوی دیگر، کنترل موقعیتی یک چارچوب کنترل‌کننده‌های به هم پیوسته را نشان می‌دهد که در کنترل سیستم‌های دینامیکی پیچیده تحت همه حالت‌های عملیاتی قابل استفاده است در نه تنها از محدودکننده‌ها برای محافظت از پوشش موتور استفاده می‌کند، بلکه امکان کنترل فعال را در طول حالت عملیاتی غیر معمول، مانند زاویه بالای پرواز، شرایط گرمای بیش از حد موتور، و توقف کمپرسور فراهم می‌کند.تصویر
طراحی پایه یک سیستم کنترل موقعیتی مناسب برای کاربرد عمومی در موتورهای توربوجت توسعه یافته و در گسترش یافته است. مفهوم کنترل اولیه حاصل. تحلیلگرها داده های اندازه گیری شده را که وضعیت عملیاتی سیستم را توصیف میکنه پردازش می کنند و به عنوان ورودی (ANX)، خروجی (ANY)، حالت (ANZ) و کنترل (ANR) تعریف میشه
سپس تمام حالت های عملیاتی سیستم پیچیده کنترل شده به n قاب موقعیتی تجزیه میشه که نشان دهنده گروه های خاصی از حالت های عملیاتیه. در مورد موتور توربین گاز، اینها می توانند حالت هایی مانند راه اندازی، شتاب و عملکرد پایدار باشند. طبقه‌بندی‌کننده موقعیتی در اینجا به عنوان یک عنصر تصمیم‌گیری عمل می‌کنه و کنترل‌کننده‌ها را به شیوه‌ای هوشمندانه برای مدیریت فریم‌های موقعیتی خاص با بالاترین کارایی کنترل انتخاب می‌کنه. این مفهوم مدولار سطح بالا، پایه طراحی سیستم کنترل موقعیتی را نشان میده که می‌تواند برای کاربرد در موتورهای هوایی توربین گاز با ترکیب احتمالی هر الگوریتم کنترلی که امروزه برای موتورهای توربین گازی استفاده یا پیشنهاد شده اصلاح بشه. تصویر
، یک معماری کلی پیچیده جدید که برای موتورهای توربوجت، توربوشفت و توربوپراپ ارائه میشه. بخش اصلی جدید سیستم عنصر نظارتی هوشمنده که تا حد زیادی کارکردهای طبقه‌بندی‌کننده موقعیتی را گسترش میده و جایگزین طبقه‌بندی‌کننده موقعیتی میشه که درو انتشارات قبلی طراحی شده بود. طرح به دست آمده اصلی و مبتنی بر آزمایشات عملی با موتور iSTC-21v در شرایط آزمایشگاهی است. عنصر نظارتی هوشمند یکپارچه سازی ماژول تشخیصی، انتخاب کنترل کننده های فردی و محاسبه سیگنال های فرمان برای کنترل کننده های موقعیتی فردی Ci است. ماژول تشخیصی نشانه های اختلال ایجاد می کند، بنابراین به طبقه بندی موقعیت کمک می کند و پارامترهای انتخابی موتور و محیط آن را تأیید می کند. سپس این داده ها توسط کنترل کننده های فردی و همچنین عنصر نظارتی هوشمند استفاده می شود
سیستم کنترل موقعیتی طراحی شده برای موتورهای هوایی توربین گازی.
مدیریت توان - تنظیم مقادیر فرمان بهینه برای سرعت، قطر نازل اگزوز، پیچ پروانه یا بار شفت
طبقه‌بندی‌کننده موقعیت - طبقه‌بندی وضعیت عملیاتی موتور در یک چارچوب موقعیتی
انتخابگر موقعیت - الگوریتمی که سوئیچینگ سیال بین کنترل‌کننده‌های جداگانه را ایمن می‌کند و سیگنال‌های دروازه انتخاب کنترلر را تولید می‌کنه.
(IV) محدودکننده‌های تطبیقی - محدودیت‌های تطبیقی به منظور کارکرد موتور در محدوده عملیاتی در حال تغییر برای افزایش ایمنی
عنصر نظارتی هوشمند
وظیفه اصلی مدیریت توان محاسبه دستورات بهینه برای پارامترهای حالت اصلی موتور است. اینها دستوراتی هستند برای متغیرهای کنترل شده مانند نقطه تنظیم توربو کمپرسور که به عنوان سرعت شفت یا سرعت پروانه تعریف شده است یا با زاویه حمله آن تعریف می شود. این بلوک همچنین شامل یک طبقه‌بندی‌کننده موقعیتی است که چارچوب موقعیتی (یا حالت) را که موتور در حال حاضر در آن کار می‌کند، پیدا می‌کند. این نشانگر سپس به انتخابگر موقعیتی ارسالمیشه که انتقال روان بین کنترل‌کننده‌های سوئیچ‌شده در سطح پایین‌تر را ایمن می‌کند و کنترل‌کننده مربوطه را به چارچوب موقعیتی واقعی اختصاص می‌دهد.
اتصال عنصر نظارتی هوشمند با کنترل کننده های سطح پایین تر.
ایمنی با کارکردن موتور در محدوده عملیاتی آن با استفاده از مجموعه ای از محدود کننده های تطبیقی حفظ می شود. پارامتر دستوری که توسط کنترل کننده های سطح پایین محاسبه می شود با خروجی محدود کننده های تطبیقی مقایسه می شود و حداقل یا حداکثر انتخاب می شود. سازگاری محدود کننده ها بر این اصل متکیه که حداکثر سرعت شفت یا دمای گاز خروجی موتور را می توان با توجه به شرایط پرواز یا شرایط محیطی تنظیم کرد. سیستم کنترل موقعیتی توسعه یافته به عنوان معماری چارچوب، پایه و اساس یک FADEC یا i-FADEC هوشمند است که روی یک موتور توربوجت کوچک پیاده‌سازی و آزمایش میشه. به منظور طراحی چارچوب های کنترل موقعیتی مشابه و تعریف عناصر آن، مراحل طراحی زیر پیشنهاد شده است:
(i) انتخاب پارامترهای عملیاتی برای تجزیه و تحلیل داده های فردی
(ii) تجزیه تمام حالت های عملیاتی سیستم به چارچوب های موقعیتی
(iii) انتخاب روش‌های مورد استفاده در زیرسیستم‌های عنصر نظارتی هوشمند
(IV) انتخاب روش‌ها برای سیستم تشخیصی و پشتیبان
این مراحل به منظور استفاده از این چارچوب برای طراحی یک سیستم کنترل موقعیتی برای SMA انجام خواهد شد
موتور توربوجت کوچک: یک شی آزمایشی
موتورهای توربوجت کوچک یک پلت فرم ایده آل برای توسعه و آزمایش الگوریتم های کنترل پیشرفته برای موتورهای توربین گازی . این یک موتور تک قرقره، تک جریان با یک کمپرسور شعاعی و یک توربین تک مرحله ای بدون خنک کننده با طراحی قدیمی در یک پیکربندی استاندارد از یک موتور توربین گاز کوچک است. با اجرای یک سیستم کنترل دیجیتال با کنترل مستقیم جریان سوخت با استفاده از پمپ روغن/سوخت BLDC به عنوان یک محرک در آرایشی مشابه با مدرن ترین موتورهای توربین کوچک سیستم جمع آوری داده های دیجیتال . علاوه بر این، موتور با یک نازل اگزوز متغیر کنترل شده دیجیتالی توسعه یافته و دوباره طراحی شد که یک طراحی منحصر به فرد در این کلاس از موتورهای توربوجت است .
پارامترهای اصلی موتور زیر در فرکانس نمونه برداری اولیه با استفاده از سیستم National Instruments Compact DAQ اندازه گیری میشه و برای کنترل موتور در تجزیه و تحلیل داده های فردی استفاده میشه
(i) دمای هوای بیرون T0 (°C) و فشار اتمسفر P0 (Atm)
(ii) دمای کل هوا در ورودی کمپرسور شعاعی T1C (درجه سانتی گراد)
(iii) دمای کل هوا در خروجی از دیفیوزر کمپرسور شعاعی T2C (°C)
(iv) دمای کل گاز در ورودی توربین گاز T3C (°C)
(v) دمای کل گاز در خروجی توربین گاز T4C (°C)
(vi) فشار کل هوا در خروجی کمپرسور P2c (ATM)
(vii) فشار کل گازها در ورودی توربین گاز P3c (ATM)
(viii) جریان سوخت FF (l/min)
(ix) Thrust Th (kg)
(x) سرعت شفت توربین/کمپرسور، n1 (rpm)
(xi) قطر نازل اگزوز A5 (mm)
نقاط اندازه گیری در یک موتور توربوجت کوچک.
. نمودار عملکرد موتور را با یک فرمان ثابت از تامین جریان سوخت تنظیم شده بدون سیستم کنترل موقعیتی با استفاده از یک کنترل کننده PI حلقه بسته سنتی برای اندازه گیری جریان سوخت در سطح مورد نظر با استفاده از شیر سروو الکترومکانیکی . این اساساً وضعیتی از موتور را با تنها یک نقطه تنظیم موجود از پیش انتخاب شده قبل از راه‌اندازی موتور بدون کنترل موقعیتی یا سایر الگوریتم‌های کنترل پیچیده نشان می‌دهد. نتایج نشان دهنده پارامترهای عملیاتی موتور در حال کار در یک نقطه تنظیم سرعت شفت است.
داده های موتور پویا با استفاده از سیستم کنترل غیر موقعیتی PI.
نوسانات و اختلالات در سرعت محور، دما و فشار و همچنین سایر پارامترهای دینامیکی به دلیل ساختار قدیمی و وضعیت فنی اجزای اصلی موتور قابل مشاهده است. هدف سیستم کنترل موقعیتی پیشنهادی بهبود قابل ملاحظه ویژگی های کیفی عملیاتی موتور با استفاده از روش کنترل موقعیتیه
4. سیستم کنترل موقعیت برای یک موتور توربوجت کوچک
4.1. معماری سیستم کنترل موقعیت
به منظور طراحی یک سیستم کنترل موقعیت با یک ماژول تشخیصی پشتیبان یکپارچه، چارچوب کلی که. کل عملکرد موتور به طور سیستماتیک به چارچوب های کلان موقعیتی زیر تجزیه می شود که درپیش بینی شده است:
(1) کنترل از پیش راه اندازی
(2) کنترل راه اندازی
(3) کنترل عملیاتی
(4) خاموش شدن

الگوریتم ها را می توان به راحتی و بدون ایجاد اختلال در عملکرد زیرسیستم های دیگر اضافه کرد. این طراحی با اجرای کنترل کننده نازل اگزوز و اجرای الگوریتم های مدیریت رانش بیشتر گسترش خواهد یافت.نرم افزار مورد استفاده برای مدل سازی موتور مورد استفاده در این کار GSP است که دارای رابط کشیدن و رها کردن است که قادر به شبیه سازی عملکرد موتور در شرایط مختلف، هم در حالت پایدار و هم در شرایط گذرا استاین فناوری برای تشخیص عیب ایجاد شده
وضعیت بدتر شدن ویژگی های هر ماژول شامل موتور، تشخیص عیب و جداسازی خطای یک ماژول خاص یک موتور هواپیماست
متشکل از پنج ماژول: فن، LPC (فشار پایین کمپرسور)، HPC (کمپرسور فشار بالا)، HPT (توربین فشار بالا) و LPT (فشار پایین).
توربین). هر ماژول دو ویژگی داره راندمان آدیاباتیک و ضریب سرعت جریان. از این رو،تشخیص خرابی و عیب در انجام میشه
در این پروژه تحقیق و توسعه از روش حداقل مربعات وزنی برای ارزیابی استفاده شد
ویژگی های هر ماژول بر اساس اندازه گیری ها
اصل اساسی به طور کلی، یک انحراف Dx از نرمال شرط xB (به عنوان مثال، ویژگی های a موتور استاندارد) یک مشخصه ماژول x (بازده آدیاباتیک h FAN' یک فن، f نرخ پایین موتور هوشمند ضریب WcFAN یک فن، راندمان آدیاباتیک hLPT LPT، ضریب سرعت جریان FFLPT LPT،
ضریب سرعت جریان FFHPT از HPT و غیره) از یک موتور را می توان با انحراف Dz از شرایط عادی zB یک مقدار اندازه گیری شده z
(سرعت چرخش قرقره فشار بالا Ng، اگزوز دمای گاز EGT و غیره) که در آن ماتریس حساسیت S تعیین شد است J : تعداد سنسورهایی که می توان برای آنها استفاده کرد
تصویر

ارسال پست