T700 Helikopter Turboşaft Motoru Gerçek-Zamanlı Simülasyonları İçin Yeni Bir Yüksek Sadakat Seviyeli Zaman-Bağıl Aerotermal Model

Yıl 2011, Cilt: 31 Sayı: 1, 37 - 44, 01.03.2011

Oğuz Uzol

Öz

Bu makale, T700 helikopter turboşaft motorunun çeşitli çalışma koşulları altında maruz kalabileceği kritik geçiş koşullarının simülasyonu amacı ile geliştirilen yeni bir zaman-bağıl aerotermal modeli sunmaktadır. Kullanılan algoritma motor bileşenlerini temsil eden diferansiyel ve cebirsel denklem setlerinden oluşmaktadır. Kompresör haritası çok katmanlı bir yapay sinir ağı kullanılarak temsil edilmiştir. Türbin soğutması ve sızdırmazlık sistemi basınçlandırması için kullanılan kompresör havası ile soğutma havasının ana akış ile karışması da modellenmektedir. Motor geçiş koşulları değişimi sırasındaki debi ve güç dengesizlikleri, sırası ile, bileşenler-arası hacim ve zamanabağımlı tork denklemi kullanılarak modellenmiştir. Her motor istasyonundaki gaz özellikleri lokal sıcaklığın fonksiyonu olan ampirik denklemler kullanılarak belirlenmektedir. Açık ve kapalı devre simülasyonlar yapılmış ve daha önceki çalışmalarda yayınlanan veriler ile karşılaştırılmıştır. Hem kararlı hal durumunda hem de geçiş durumunda daha önceki veriler ile uyumluluk gözlemlenmiştir. Model ile beraber çalışan bir kontrolcü kullanılarak yapılan kapalı-devre simülasyonlar, çeşitli yükleme-boşaltma durumlarındaki motor parametrelerinin değişiminin başarılı bir şekilde simüle edilebileceğini göstermiştir. Modelin gerçek-zamanlı çalışabilme kabiliyeti de kontrol edilmiş ve hesaplama için harcanan bir zaman adımının fiziksel simülasyon zaman adımının 2/3’ü olduğu görülmüştür

Anahtar Kelimeler

Aerotermal model, Helikopter turboşaft motoru, Gerçek-zamanlı turboşaft modeli

A New High-Fidelity Transient Aerothermal Model for Real-Time Simulations of the T700 Helicopter Turboshaft Engine

Öz

This paper presents a new transient aero-thermal model of the T700 helicopter turboshaft engine that is developed in order to simulate the critical transients that it may suffer during various operational conditions. The algorithm is composed of a set of differential equations and a set of non-linear algebraic equations representing each engine component. The compressor map is represented through a multi-layer neural network. The compressor bleed for turbine cooling and seal pressurization as well as the mixing of the turbine coolant flow with mainstream are also modelled. Mass flow and power imbalances during engine transients are modelled using the inter-component volumes method and the unsteady torque equation, respectively. Gas properties are calculated at each engine station using empirical relations that are functions of the local temperature. Open and closed-loop simulations are performed and the results are checked with previously published simulation data. Comparisons show good agreement both for steady state levels and transient responses. The model working in a closed-loop configuration together with a controller showed good potential in terms of simulating the variations of various engine related parameters during transient loading-unloading operations. The real-time capability of the model is also demonstrated such that the computational time taken by a single time step is about 2/3 of the time step of the physical simulation

Anahtar Kelimeler

Aerothermal model, Helicopter turboshaft engine, Real-time turboshaft model