Mixed flow military turbofan control strategies

Abstract

Karışık akışlı turbofan motorları, modern hava muharebe ve savunma uygulamalarında yüksek itki, yakıt verimliliği ve operasyonel esneklik arasında denge sağlayan kritik bileşenlerdir. Bu motorların kontrol kavramları, karmaşık aero-termal dinamikleri, çeşitli çalışma koşulları ve sıkı performans gereksinimleri nedeniyle önemli zorluklar içermektedir. Bu tez, modern turbofan motorları için kontrol yaklaşımlarını inceleyerek verimlilik ve işletilebilirliği artırmayı amaçlamaktadır. Araştırma, öncelikle motor tasarım özellikleri, temel çalışma prensipleri ve karışık akışlı turbofan motorlarının mimarisinin analiz edilmesiyle başlamaktadır. Bypass ve çekirdek akışları arasındaki etkileşim, hem tasarım hem de tasarım dışı çalışma koşulları bağlamında incelenmektedir. Değişken geometrili mekanizmalar ve nozul seçimleri gibi çeşitli motor bileşenleri analiz edilerek, bunların performans ve kontrol üzerindeki etkileri değerlendirilmektedir. Bunun yanı sıra, tasarlanan motor belirli platform manevraları altında incelenerek farklı kontrol stratejilerinin avantajları ve sınırlılıkları belirlenmektedir. Motorun istasyon basıncı ve sıcaklık parametreleri kullanılarak, motor kontrol performansı ve motor yanıt karakteristikleri değerlendirilmektedir. Bu tezin temel odak noktalarından biri, çeşitli kontrol yaklaşımlarının performans açısından değerlendirilmesidir. Çalışma, bu yaklaşımların belirli çalışma koşullarında motor davranışını nasıl değiştirdiğini, dinamik görev profilleri ve manevralar içinde performansı nasıl optimize ettiğini ve operasyonel sınırlamalar dahilinde motor güvenliğini nasıl sağladığını ortaya koymaktadır. Bu araştırmadan elde edilen bulgular, karışık akışlı askeri turbofan motorlarının kontrol stratejilerinin geliştirilmesine katkı sağlamakta olup, daha verimli ve çevik motor kontrol sistemlerinin oluşturulmasını desteklemektedir. Elde edilen sonuçlar, motor performansını ve işletilebilirliğini tüm operasyonel koşullar altında iyileştirme konusunda önemli bilgiler sunarak, motorların güvenilirliğini ve dayanıklılığını artırmayı amaçlamaktadır.Mixed flow turbofan engines are essential for the modern aerial combat and defense roles since they possess high thrust, good fuel efficiency and flexible operation. These engines present special control problems because of their complex aero thermal dynamics, numerous operating conditions and several performance constraints. This thesis is aimed at improving efficiency and operability of control approaches for modern turbofan engines. First, engine design features, basic functioning, and the structure of mixed flow turbofan engines are reviewed. Off design simulation of the interaction between bypass and core flows is also presented. The performance and control of the engine are also evaluated based on various engine components such as variable geometry mechanisms and nozzles. Additionally, the developed engine is evaluated for specific cases to determine the strengths and weaknesses of the control strategies implemented. The engine station pressure and temperature parameters are used to judge the control effectiveness of the engine and its response. This thesis is partly based on the presentation of different control methods from the performance point of view. The study looks at how these approaches alter engine fan and exhaust system behaviors at certain times, how it improves performance during missions and maneuvers, and how it ensures the safety of the engine within its limitations. The findings of this research are useful for the improvement of control theories for military turbofan engines with mixed flows and would help to improve the design of control systems for such engines. The results also show how to enhance the efficiency and power leverage of the engine in all the operating regimes for better reliability and durability.