بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله طراحی و ساخت واحد کنترل الکترونیکی سوخت موتور توربوجت ارائه شده است. به این منظور ابتدا نیازمندي هاي کنترلی موتور توربین گاز هوایی تعریف و سپس الگوریتم کنترلی موتور بر مبناي مودهاي کنترلی تعریف شده، طراحی شده است. بعد از اطمینان از عملکرد مناسب کنترلر در شبیه سازي هاي انجام شده به همراه مدل موتور، الگوریتم کنترل سوخت به صورت سخت افزاري پیاده سازي شده است.
به این منظور بورد الکترونیکی لازم طراحی و ساخته شده و سپس الگوریتم کنترلی بر روي میکروکنترلر AVR پیاده سازي شده است. همچنین جهت ذخیره سازي داده ها به منظور تحلیل هاي بعدي مانیتورینگ داده برداري در کامپیوتر به کمک برنامه ویژوال C انجام گرفته است. در نهایت تست عملی واحد کنترل الکترونیکی سوخت در کنار موتور انجام گرفته و نتایج به دست آمده تمامی مودهاي کنترلی موتور را رعایت نموده اند که این مساله نشان دهنده عملکرد صحیح کنترلر از نظر طراحی الگوریتم و نیز پیاده سازي می باشد.
-1 مقدمه
از آنجا که موتورهاي جت به منظور عملکرد بهتر در نزدیکی نقاط محدودیت هاي مکانیکی و یا دمایی خود کار می کنند, کنترل فیدبک از بخش هاي ضروري این موتورها می باشد. هدف اصلی کنترلر تنظیم سوخت موتور به منظور کنترل تراست است. 1]و[2همچنین کاهش مصرف سوخت و نیز افزایش عمر موتور از دیگر اهداف الگوریتم هاي کنترلی پیشرفته تر می باشند.
امروزه طراحی و ساخت کنترلرهاي پیچیده که توانایی هاي هر چه بیشتر داشته و باعث عملکرد موتور با بازده بالاتر می شوند از موضوعات کاري شرکت هاي صاحب نام در زمینه موتورهاي توربین گازي از جمله General Electric, Rolls Royce, Volvo, Pratt & Whitney, NASAمی باشد.
گذر از سیستمهاي مکانیکی کنترل به سیستمهاي الکترونیکی از دهه 1980 میلادي شروع شد, که IC هایی با اندازههاي بزرگ در دسترس بودند و نیاز براي رسیدن به عملکردي بهینه, این IC ها را در مسیر تکامل و افزایش کارائی قرار داد. شرکت پرات-ویتنی این کنترلکنندهها را ,DEC - Digital Electronic Control - و شرکت جنرال الکتریک آنها را FADEC - Full Authority Digital Electronic Control - نامگذاري کردند
این سیستمها شدیداً به کامپیوترهایی نیازمند بودهاند که پیچیدگی آنها وابسته به تعداد محركها و حسکنندهها میباشد. این کنترلکنندههاي الکترونیکی با تعداد حلقههاي بیشتر موجب بالا رفتن عملکرد و راندمان موتورها میشوند و استراتژیهاي کنترلی را با کم کردن فراجهش و فرو جهش در پاسخ زمان گذرا بهبود میبخشند.[6] همچنین کاربرد الگوریتمهاي کنترلی پیچیدهتر را که با سیستمهاي مکانیکی قابل پیادهسازي نیستند, امکان پذیر میکنند.
در این مقاله, طراحی و ساخت و تست کنترلر الکترونیکی براي یک موتور توربوجت مورد بررسی قرار می گیرد.
-2 نیازمندي هاي کنترلی موتور توربین گاز هوایی
طراحی یک سیستم کنترل براي هر موتوري با انتخاب مودهاي کنترلی براي هر کدام از اجزا که نیازمند کنترل هستند, آغاز میشود. گستردگی یک مسأله کنترلی تابعی از پیچیدگی سیستم و بخصوص تعداد متغیرهاي مستقل کنترلی است که باید توسط سیستم کنترل تنظیم شوند. به عنوان مثال, تعداد مودها یا روشهاي کنترلی براي یک راکت ساده با تعداد مودهاي کنترلی براي یک موتور توربوجت و بالاخره براي یک موتور توربوفن پیچیده با یکدیگر متفاوت می باشد. اما به هر حال میتوان مودهاي کنترلی اصلیِ یک توربین گاز هوایی - مانند یک موتور توربوجت - را به سه دسته اصلی تقسیم نموده و بصورت زیر در نظر گرفت :
-1 مود کنترل تراست : که وظیفه آن رساندن موتور به نقطه مورد نظر خلبان است.
-2 مود کنترل محدودیت هاي فیزیکی: این مود از فرارفت محدودیت هاي دمایی، آئرودینامیکی و کنترلی موتور جلوگیري می کند.
-3 مود کنترل گذرا: که وظیفه آن تنظیم مناسب پاسخ موتور به فرمان خلبان است.
-3 الگوریتم کنترل سوخت
با جهت طراحی کنترلر سوخت براي موتور جت ابتدا سوخت مورد نیاز موتور به دو قسمت سوخت حالت پایا و سوخت حالت گذرا تقسیم می شود که هر بخش از این سوخت به وسیله حلقه هاي کنترلی مناسب تامین می شود.
شکل –1 تامین سوخت کلی موتور به صورت سوخت حالت پایا و گذرا
بنابراین طراحی کنترلر براي موتور ترکیب چند حلقه کنترلی مختلف است.
-3-1 حلقه تامین سوخت حالت پایا
این حلقه وظیفه تامین مقدار سوخت موتور در حالت پایا را دارد. به دیگر بیان این حلقه سرعت دورانی موتور را در هر لحظه اندازه گرفته و با توجه به نمودار مقدار سوخت بر حسب دور دورانی حالت پایاي موتور, سوخت لازم براي نگه داشتن موتور در همان دور عملکردي را محاسبه و به موتور اعمال می کند.
