شبیه‌سازی عملکرد کنترل مکانیکی سوخت یک موتور توربوجت

نویسنده

دانشگاه امام حسین-موقعیت امام صادق

چکیده

در این مقاله، به طراحی و شبیه سازی واحد کنترل سوخت مکانیکی یک موتور توربوجت تک محوره به همراه شبیه سازی موتور پرداخته می‌شود. بدین منظور، پس از بیان اهمیت سیستم کنترل و معرفی و دسته بندی مودهای کنترلی یک موتور توربوجت سبک، ابتدا الگوریتم شبیه سازی حالت پایا و سپس گذرای موتور ارائه می‌شود. به کمک این استراتژی‌ها، عملکرد موتور در حالت پایا و گذرا شبیه‌سازی شده و با نتایج تست عملی ارزشیابی می‌گردد که تطابق خوب نتایج شبیه‌سازی و نتایج تست عملی بیانگر روند انجام صحیح شبیه‌سازی‌های موتور است. در مرحله بعد، به معرفی استراتژی کنترل سوخت مکانیکی این موتور پرداخته شده و نحوه‌ی عملکرد واحد کنترل سوخت (FCU) برای این موتور توضیح داده می‌شود. سپس به مدل‌سازی ریاضی و شبیه‌سازی عملکرد FCU در نرم افزار SimHydraulic پرداخته می‌شود و نتایج عملکرد FCU استخراج و توضیح داده می‌شود. در نهایت، پس از اطمینان از عملکرد صحیح هر دو واحد موتور و FCU دو شبیه سازی انجام گرفته با یکدیگر ترکیب شده و عملکرد موتور در حضور FCU تحلیل می‌گردد. نتایج مقاله، نشان دهنده روند صحیح در مدل‌سازی و شبیه‌سازی موتور مورد مطالعه و همچنین طراحی صحیح استراتژی واحد FCU می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


  1. Moore, R. G. "Fuel System Requirements for Small Gas Turbine Engines", SAE, 740381, 1974.##
  2. Keck, M. F., Fredlake, J.,  and Schwent, G. V. "A Control Concept Combining the Best of the Current Hydromechanical and Electronic Technologies", SAE, 740380, April 1974.##
  3. Frew, J. S., and Keck, M. F. "Electronic Control System for a Modern Turboprop Engine", SAE, 810620, 1981.##
  4. Lockenour, J. L., and Layton, G. P. "RPRV Research Focus on HiMAT", Astronautics and Aeronautics, Published by the AIAA, New York, April 2006.##
  5. Barclay, B. A., Lenox T. G., and Miller, R. J. "Full Authority Digital Electronic Control – Highlights of Next Generation Propulsion Control Technology", ASME paper 78-GT- 165, April 2008.##
  6. Sisson, P. B., and Faymon, D. K. "Digital Control Brings Large Turbofan Benefits to the Regional Jetliner Turbofan Market", International Gas Turbine and Aero Engine Congress and Exposition, The Hague, Netherlands, June 1994.##
  7. Georgantas, I., and Krepec, T. "Low Cost Electronic Control Unit for Small Gas Turbine Engines of Remotely Piloted Vehicles", Progress Report No.1 to Bendix, Avelex, Concordia University, 2007.##
  8. Krepec, T., and Georgantas, I. "New Family of  Low Cost Electronic Fuel Control Units for Small Gas Turbine Engines, SAE, 901039, 1990.##
  9. Carrese, G., Krepec, T., and Hong, C. "Simulation, Testing and Optimization of a New Low Cost Electronic Fuel Control Unit for Small Gas Turbine Engines", SAE paper 901027, April 1990.##

10. Bosch, R. "Automotive Electrical/Electronic System", Robert Bosch, Gmbh, Stuttgart, 2009.##

11. Georgantas, I., Krepec, T., and Carrese, G. "Computer Aided Development of a Simple Electronic Fuel Control Unit for Remotely Piloted Flying Vehicles", Proceedings of  the 1989 ASME International Computer in Engineering Conference and Exhibition, ASME, New- York, July 30 – August 2009.##        

12. Krepec, T., and Labbate, A. "Digitally Controlled Fuel Metering Pump for Small Gas Turbine Engines", SAE paper 910057, 1991.##

13. Howell, A. R. "Fluid Dynamics of Axial Compressors", Proc. I. Mech. E., 153: 441-82, 1945.##

14. Wilson, D. "The Design of High-Efficiency Turbomachinary and Gas Turbines" , The Massachusetts Institude of Technology, third Edition, pages 4,5,14, and 15, 1988.##

15. Valan, A. "Turbo Machines", Vikas Publishing House Pvt Ltd, ISBN 81-259-0840-4, 2001.##

16. Meherwan, P. "Gas Turbine Engineering Handbook", Gulf Professional Publishing,  3rd Edition, 2001.##

17. Watson, S., and Janota, M. R. "Turbocharging the Internal Combustuon Engine", Macmillan Education LTD, 1986.##

18. Huenbner, S., and Exley, T. "Numerical Analysis of the Flows in Annular Slinger Combustors", AIAA/SAE/ASME/ASEE 26th Joint Propulsion Conference, AIAA 90-2164, Orlando, 1990.##

19. Falcitelli, M., Pasini, S., and Rossi, N. "CFD+Reactor Network Analysis: An Integrated Methodology for the Modeling and Optimisation of Industrial Systems for Energy Saving and Pollution Reduction", Applied Thermal Engineering, Vol. 22, No. 8, pp. 971-979, 2002.##

20. Russo, C. "Micro Gas Turbine Combustor Emissions Evaluation Using the Chemical Reactor Modelling Approach", ASME Turbo Expo 2007: Power For Land, Sea and Air, 2007.##

21. Choi, S. M., and Jang, S. H. "Spray Characteristics of the Rotating Fuel Injection System of a Micro-Jet Engine", Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. 24, No. 2, pp. 551-558, 2010.##

22. Lefebvre, H., and Ballal, R. "Gas Turbine Combustion", Taylor and Francis Group, LLC, 2010.##

23. Howell, S. J. " Aero-Slinger Combustor"; US Patent 5265425, 1993.##

24. Norgren, Carl T., Mularz, Edward J., and Riddlebaugh, Stephen M. "Reverse Flow Combustor for Small Gas Turbines with Pressure Atomizing Fuel Injection"; NASA Report 19780019187,1978.##

25. Jia, Y., Scon, S., Xu, Y., Huang, S., Sam, S., and Wang, Y., "Three-Dimensional Numerical Simulation and Analysis of Flows Around a Submerged Weir in a Channel Bend Way", Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 131, No. 8, pp. 682-693, 2005.##

26. Nicole, V. A., Ralph, I., Volino, K. A., and Flack, R. M. "Secondary Flow Measurements in a Turbine Passage with Endwall Flow Modification", Journal of Turbomachinery, Vol. 122, No. 4., pp. 27-30, 2000.##

27. Dilip, P.,  Gavin, J., and Hendricks, P. "A Numerical Study of Secondary Flow in Axial Turbines with Application to Radial Transport of Hot Streaks", Journal of Turbomachinery, Vol. 122, No. 4, pp. 64-71, 2000.##

28. Ning, W. "Significance of Loss Models in Aero-Thermodynamics Simulation for Axial Turbines", Doctoral Thesis, Royal Institute of Technology, Sweden, 2000.##

29. Jens, E.A., and Fridh, C. "Partial Admission in Axial Turbines", SNEA project P12457-2, Royal Institute of Technology, Sweden, 2002.##

30. Reinmoller, U., and Stephan, B. "Clocking Effects in a 1.5 stage Axial Turbine-Steady and Unsteady Experimental Investigations Supported by Numerical Simulations", Journal of  Turbomachinery, Vol. 124, No. 1, pp. 52-60, 2002.##

31. James, E. A. J.  "Gas Dynamics", 3rd Edition, Prentice Hall, 2006.##