شماره مدرك
20993
شماره راهنما
375 گلپايگان
پديد آورنده
مهرعليان، اسماعيل
عنوان
تست سخت افزار در حلقه شير كنترل دبي سوخت يك موتور توربوجت
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
طراحي كاربردي
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
75ص.: مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
شبيهسازي سختافزار در حلقه (HIL) , مدل زمانواقعي موتور توربوجت , واحد الكتروهيدروليكي كنترل سوخت , مدلسازي گذرا
تاريخ ورود اطلاعات
1405/02/08
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك
دانشكده
فني مهندسي گلپايگان
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/02/08
كد ايرانداك
335
چكيده فارسي
چكيده
اين پاياننامه به طراحي و پيادهسازي يك بستر شبيهسازي سختافزار در حلقه بهمنظور آزمون و ارزيابي واحد الكتروهيدروليكي كنترل سوخت موتور توربوجت اختصاص دارد. هدف اصلي پژوهش، فراهمسازي محيطي ايمن، كمهزينه و قابلاطمينان براي بررسي عملكرد ديناميكي سامانه كنترل سوخت در شرايطي نزديك به عملكرد واقعي موتور، بدون نياز به آزمون مستقيم روي موتور عملياتي است. در اين راستا، يك مدل زمانواقعي از موتور توربوجت شامل زيرسامانههاي ترموديناميكي و ديناميكي توسعه داده شده است كه قادر است رفتار حالت پايا و گذراي موتور، از جمله تغييرات سرعت دوراني محور در پاسخ به تغيير دبي سوخت را بازتوليد نمايد. اين مدل بهعنوان هسته شبيهساز، بهصورت برخط با سختافزار واقعي در تعامل قرار ميگيرد.
واحد الكتروهيدروليكي مورد مطالعه شامل پمپ سوختي است كه در كاربرد واقعي توسط شفت موتور و از طريق يك گيربكس به حركت درميآيد. در بستر شبيهسازي سختافزار در حلقه، بهجاي موتور توربوجت از يك موتور جريان متناوب به همراه اينورتر استفاده شده است تا سرعت چرخش پمپ متناسب با سرعت محاسبهشده توسط مدل زمانواقعي موتور تنظيم گردد. به اين ترتيب، وابستگي فيزيكي ميان سرعت محور و عملكرد پمپ بهصورت واقعي شبيهسازي شده است. كنترل دبي سوخت از طريق جابهجايي اسپول شير انجام ميشود كه اين جابهجايي بهوسيله يك موتور سروو جريان مستقيم و مكانيزم بادامك تأمين ميگردد. در آزمون سختافزار در حلقه، فرمان تغيير دبي توسط شبيهساز زمانواقعي توليد و به سامانه سروو اعمال ميشود تا پاسخ مكانيكي و هيدروليكي سيستم در شرايط مختلف عملياتي مورد ارزيابي قرار گيرد.
بهمنظور اندازهگيري دبي سوخت، از يك موتور هيدروليكي بههمراه انكودر استفاده شده است، بهگونهاي كه سرعت چرخش موتور هيدروليكي متناسب با دبي عبوري بوده و از طريق سيگنال انكودر قابل اندازهگيري است. اين ساختار امكان اندازهگيري غيرمستقيم و دقيق دبي را فراهم كرده و حلقه بازخورد لازم براي ارزيابي عملكرد كنترلي سامانه را تأمين ميكند.
در اين پژوهش، معماري يكپارچه شامل مدل عددي موتور، درايو الكتريكي پمپ، سامانه سروو محرك شير، واحد اندازهگيري دبي و زيرسامانه تبادل داده طراحي و پيادهسازي شده است. نتايج نشان ميدهد كه بستر پيشنهادي قادر است رفتار گذراي واحد كنترل سوخت را با دقت مناسب بازنمايي كرده و امكان تحليل پايداري، پاسخ زماني و صحت عملكرد كنترلي آن را در سناريوهاي مختلف فراهم آورد. اين رويكرد ضمن كاهش هزينه و ريسك آزمونهاي ميداني، بستري كارآمد براي توسعه، اعتبارسنجي و بهينهسازي سامانههاي كنترل سوخت موتورهاي توربوجت فراهم ميسازد.
چكيده انگليسي
This thesis focuses on the design and implementation of a Hardware-in-the-Loop (HIL) simulation platform for testing and evaluating the electrohydraulic fuel control unit of a turbojet engine. The primary objective of the research is to provide a safe, cost-effective, and reliable environment for investigating the dynamic performance of the fuel control system under conditions close to real engine operation, without the need for direct testing on an operational engine. To this end, a real-time model of the turbojet engine, including thermodynamic and dynamic subsystems, has been developed. The model is capable of reproducing both steady-state and transient engine behavior, including variations in shaft rotational speed in response to changes in fuel flow rate. This model serves as the core of the simulator and interacts online with the physical hardware.
The electrohydraulic unit under study includes a fuel pump which, in real applications, is driven by the engine shaft through a gearbox. In the HIL simulation platform, an AC motor coupled with an inverter is used instead of the turbojet engine, allowing the pump rotational speed to be adjusted according to the speed calculated by the real-time engine model. In this way, the physical dependency between shaft speed and pump performance is realistically emulated. Fuel flow control is achieved through the displacement of a valve spool, actuated by a DC servo motor and a cam mechanism. In the HIL test setup, the fuel flow command is generated by the real-time simulator and applied to the servo system, enabling evaluation of the mechanical and hydraulic response of the system under various operating conditions. To measure fuel flow rate, a hydraulic motor equipped with an encoder is employed. The rotational speed of the hydraulic motor is proportional to the passing flow rate and can be measured via the encoder signal. This structure enables accurate indirect flow measurement and provides the necessary feedback loop for evaluating the control performance of the system.
In this research, an integrated architecture comprising the numerical engine model, the electric pump drive, the valve actuation servo system, the flow measurement unit, and the data exchange subsystem has been designed and implemented. The results demonstrate that the proposed platform is capable of accurately reproducing the transient behavior of the fuel control unit and enables analysis of stability, time response, and control performance under various scenarios. In addition to reducing the cost and risk of field testing, this approach provides an efficient platform for the development, validation, and optimization of turbojet engine fuel control systems.
استاد راهنما
مصطفي نصيري
استاد مشاور
مرضيه رضازاده
استاد داور
ايمان فخاري گلپايگاني , حامد رضوي بني