توسعه يك مدل ترموديناميكي جهت شبيه‌سازي بلادرنگ رفتار گذراي موتور توربوجت در محيط سيمولينك

DEVELOPMENT OF A DYNAMIC MODEL FOR SIMULATION OF REAL-TIME TRANSIENT TURBOJET ENGINE PERFORMANCE IN SIMULINK

مطالعه حاضر به توسعه يك مدل ديناميكي با قابلت عملكرد بلادرنگ براي كاربرد در مدل‌سازي آيروترموديناميك موتورهاي توربوجت در محيط سيمولينك نرم‌افزار متلب مي‌پردازد. عناصر اختصاصي موتور به وسيله معادلات غير خطي و با استفاده از روش ديناميك حجم بين اجزاء مدل‌سازي شده‌اند. به واسطه استفاده از متغيرهاي نقطه طراحي در فرايند شبيه‌سازي، مدل قابليت تطابق با ويژگي‌هاي يك موتور خاص را دارا مي‌باشد. در مدل‌سازي ديناميكي سه عامل ديناميك شفت، ديناميك حجم و ديناميك انتقال حرارت در مدل مورد نظر گنجانده شده است. جهت اعتبار سنجي نتايج مدل، ترم‌هاي دور موتور و نيروي پيشرانش در يك عمليات شتاب معكوس با نتايج نرم‌افزار gsp مورد مقايسه قرار گرفته است. نتايج حاصله توانايي مدل را در شبيه‌سازي عملكرد گذرا نشان مي‌دهد به نحوي كه بيشينه خطا كمتر از 4% برآورد ميگردد. سپس روشي نوين جهت كاهش زمان محاسبات و ايجاد قابليت عملكرد به صورت بلادرنگ، مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان دهنده آن است كه مي‌توان با انتخاب گام زماني ثابت براي حل‌گر نرم افزار و مقياس نمودن كوچكترين حجم (در بين حجم كنترل‌هاي مشخص شده در مدل) بر حسب همان گام زماني، به قابليت عملكرد بلادرنگ دست يافت. خطاي محاسبات پارامترهاي اساسي موتور در اين شرايط، كمتر از 0.5% مي‌باشد.

This study deals with developing a dynamic model with capacity for use in aero-Thermodynamic real-time performance modeling of turbojet engines in MATLAB/Simulink environment. The elements of the engine are modeled by means of non-linear equations and using the inter component volume dynamics method. Through the use of the design point variables in the simulation, the model is capable to adapting with the characteristics of a particular engine. The three factors including, rotor dynamic, volume dynamic and heat soakage are considered in the dynamic model. To validate the modeling approach, the rotational speed and net thrust are compared with the results of the GSP program. The results show the ability of the model to simulate the transient performance such that the maximum error is estimated less than 4 percent. Then a new method to reduce the computational time and create a real-time performance capabilities, was studied. The results indicate that it is possible to select a fixed time step for solver and time scaling the smallest volume (from specified control volumes in the model), the real-time ability to be achieved. In these circumstances, the error in calculation of basic parameters of the engine is less than 0.5 percent.