Küçük ölçekli turbo jet motor modellemesi ve kontrolü

Hafif itkili türbin motorları günümüzde; model uçaklar, insansız hava araçları ve farklı hava platformlarında oldukça yoğun bir şekilde kullanılmaktadır. Turbo prop, Turbo jet ve Ramjet gibi yüksek performanslı çeşitleri vardır. Turbo jet motorlar küçük hacimlerine rağmen sahip oldukları yüksek performans verileriyle avantajlı motorlardır. Ancak yakıt tüketimi göz önüne alındığında çok verimli sayılmazlar. Tezde JetCentral firmasının ürettiği Cheetah'nın kerosen ile çalışan modeli kullanılmıştır. Kullanılan JetCentral Cheetah turbo jet motoru, tek kademeli kompresör ve türbine sahiptir.Tez; tek kademeli kompresör ve türbine sahip turbo jet motor modellenmesi, analizi, kontrolü ve prosedür adımlarına uygun bir şekilde çalıştırılabilmesini kapsamaktadır. Tez kapsamında JetCentral Cheetah turbo jet motoruna ve motorun yakıt besleme sistemine ait matematiksel bir model geliştirilmiş ve analiz edilmiştir. Turbo jet motorlar; hava giriş alığı, kompresör, yanma odası, türbin ve egzoz lülesi bileşenlerinden oluşur. Tüm bu bileşenlerin ve rotor dinamiklerinin bağımlı matematiksel modeli tez kapsamında geliştirilmiştir. Tek kademeli turbo jet motorun modellemesinin yapılabilmesi adına; devamlılığın korunumu, momentumun korunumu, enerjinin korunumu ve durum denklemlerinden yararlanılmıştır. Bunun yanında kompresör ve türbin için boyutsuz parametreler kullanılarak motora ait davranış denklemleri geliştirilmiştir. Geliştirilen matematiksel model simülasyon ortamında incelenmiş ve kontrol edilmiştir. Geliştirilen modelin sınanması için bir test düzeneği kurulmuş ve test uygulamaları yapılmıştır. Tezin ilk bölümü olan giriş kısmında; çalışma ile ilgili genel tanımlar ve açıklamalar yapılmıştır. Çalışmanın yürütülme amacından,literatürde turbo jet motor modellemesi ve kontrolü konusunda daha önce yapılan çalışmalardan, karşılaşılan ana problemlerden ve güncel ilerlemelerden bahsedilmiştir. Tezin motivasyonu ve amacı, tezin kapsamı ve tezin genel yapısı da ilk bölümde verilmiştir. Turbo jet motor sisteminin tanıtılmasının bulunduğu ikinci bölüm,jet motorlarının çeşitleri ve çalışma prensiplerini içermektedir. Motor bileşenlerinin açıklandığı alt bölümde; hava giriş alığı, kompresör, türbin, yanma odası ve egzoz lülesi bileşenlerinin çalışma tarzlarının tanımlaması yapılmıştır. Tezde kullanılan turbo jet motor olan JetCentral Cheetah'nın çalışma sekanslarının açıklandığı kontrol prosedürü bölümü ve motorun teknik özelliklerine değinilmiş ve bu tarz turbo jet motorların kontrolör tasarımı aşamasında karşılaşılabilecek problemleri minimuma indirmek adına uygulanması gereken tasarım kararları, kontrol gereksinimleri adı altında anlatılmıştır. Bu bölüm aynı zamanda turbo jet motorun ve motora yakıt temin eden yakıt besleme sisteminin gereksinimlerini de içermektedir. Turbo jet motor ve yakıt besleme sisteminin modellemesinin yapıldığı bölümde, her bir sistem için iki farklı modelleme yöntemi uygulanmış ve gerçek sistem ile daha yakın sonuçların elde edildiği komponent bazlı modellemeler analiz edilmiştir. Jet motorun komponentleri için ayrı ayrı geliştirilen matematiksel model bir sonraki bölümde kontrol ve analiz edilmiştir. Çevrimde model (MIL : Model-in-the-Loop) yöntemi ile sistemin davranışları istenilen niteliklere yaklaştırılmaya çalışılmış ve motor sağlığını koruma amacıyla uygulanan çeşitli limitlerle beraber izin verilen tüm çalışma zarfları arasındaki geçiş performansı analiz edilmiştir. Bölümde modeller arası karşılaştırmalar yapılmış ve geliştirilen kontrolör performansının gerçekçiliği teyit edilmiştir. Ardından Cheetah'ya ait bir test düzeneği kurulmuş ve gerçek test aşamasına geçilmiştir. Bu aşamadan kullanılan mikrokontrolör ile yakıt pompası, akkor buji, yakıt ana hat valfi, ateşleme yakıt hattı valfi, yeldeğirmenleme BLDC motoru gibi motorun tüm yan komponentleri senkronize bir şekilde çalıştırılmıştır. Tezin son aşamasında elde edilen model ve veriler analiz edilmiştir. Çalışma hakkında ulaşılan noktalar ve gelecekte yapılabilecek ilerlemeler hakkında yorum ve eleştiriler verilmiştir.