مدل سازي ديناميكي رفتار گذراي موتور توربوجت به ازاي تغييرات دبي سوخت

Dynamic Behavior of a Turbojet Engine in Response to Fuel Flow Rate

در مطالعه‌ي حاضر، رفتار گذراي موتور توربوجت تك‌ شفته در اثر اعمال تغييرات دبي سوخت با استفاده از مدل مرتبه‌ي چهارم غير خطي و بر اساس معادلات ديناميك حركت طولي هواپيما، ديناميك كمپرسور، ديناميك توربين و ديناميك دوراني روتور مورد بررسي قرار گرفته است. مدل‌سازي بر پايه‌ي زمان و ارائه‌ي وضعيت متغيرهاي ترموديناميكي در طول مدت مدل ‌سازي و همچنين در دسترس قرار دادن متغيرهاي ترموديناميكي در تمامي پنج قسمت موتور، جزو مزيت‌هاي اين تحقيق نسبت به مطالعات قبلي انجام شده است. به علاوه استفاده از روش حجم ذخيره شده در اجزا يكي ديگر از برتري‌هاي اين بررسي نسبت به مطالعات قبلي است. در اين روش با اعمال تغييرات فشار و دما ناشي از ذخيره‌ي جرم در اجزا به مدلي بسيار دقيق‌تر دست يافته شده است. با بهره‌ گيري از روش مذكور و نيز استفاده از روابط ترموديناميكي و ديناميك گاز، معادلات كلي حاكم بر موتور به دست آمده و با شبيه سازي در نرم افزار متلب، اثر تغييرات دبي سوخت بر متغيرهاي مورد نظر بررسي شده ‌است. لازم به ذكر است كه در مدل سازي، پرواز به صورت افقي و در ارتفاع مشخص 2500 متر در نظر گرفته شده است. تغييرات تراست موتور با زمان به عنوان كميت مطلوب مدل‌سازي ارائه شده است. اضافه كردن تغييرات سرعت هواپيما به ورودي موتور، به عنوان كميت موثر در دبي ورودي، از ديگر اقدام‌هاي موثر براي افزايش دقت مدل‌سازي بوده ‌است. مدل ‌سازي تغييرات تراست موتور بر حسب زمان امكان طراحي كنترلر مناسب را به عنوان گام بعدي تحقيق فراهم ميكند.

In the present work, the transient behavior of a single spool turbojet engine as a function of fuel flow rate is investigated, using fourth order nonlinear dynamic model based on the airplane longitudinal dynamics, compressor and turbine dynamics and dynamics of rotor. Taking into account the thermodynamic variables in all five components of the engine and representing desired parameters as function of time are contributions of the paper. Moreover, we use inter-component volume method in our study which results in more accurate simulations. In this method, by adding the pressure and temperature fluctuations, caused by saved mass, a more precise model is obtained. Taking advantage of this method and using the governing thermodynamic and Gas dynamic equations, the governing dynamic equations of engine are obtained. By solving the equations in MATLAB software, the influence of the fuel flow rate on the output variables is studied. It should be mentioned that fly considered horizontal and in specific height of 2500 (m) at all of the simulation period. Engine thrust is specifically considered as the desired modeling parameter. In addition, the variation in airplane velocity, as an important parameter in the internal fuel flow rate, is added to the simulations, resulting in more accuracy. Studying the dynamic behavior of the engine thrust is a pre-requisite to the design of appropriate controllers that is the next step of this research.