Modeling and testing of a proportional wastegate for RPM regulation of a turbopump system

Fırlatma araçları basınçlandırma sistemleri olarak pompa beslemeli sistemleri kullanır ve pompayı çalıştırmak için gereken enerji farklı yollarla elde edilebilir. Küçük roketler elektrik motorları kullanabilir, daha büyük sıvı roketler ise genellikle türbinin ön yanma odasının ürünleri tarafından çalıştırıldığı gaz üreteci çevrimi kullanır. Bu çalışmada, hibrit roket motorunun yanmasıyla oluşan sıcak gazın veya yüksek basınçlı tanktan çıkan soğuk gazın, araçlardaki turboşarjlara benzer şekilde türbine girmeden önce regüle edildiği yeni bir PID kontrol sistemi önerilmiştir. Sıcak gaz üreteci olarak kullanılan hibrit roketten dolayı sistemin ürettiği enerji zamanla azalmakta, bu nedenle sistemin operasyon sırasında turbopompa sisteminin ihtiyaç duyduğundan daha fazla enerji üretmesi gerekmektedir. Üretilen gazın gerekli miktarı turbopompa sistemine yönlendirilmekte ve geri kalanı oransal tahliye vanası kullanılarak dışarı atılmaktadır. Gaz üretecinin ürettiği fazla enerji, yanma odasındaki basınç dalgalanmaları sırasında RPM'in sabit tutulması için kullanılmaktadır. Önerilen sistemde, sensör tarafından ölçülen türbin hızının, oransal tahliye vanasının konumunu ayarlamak ve istenen RPM'i korumak için kullanıldığı kapalı devre bir kontrol stratejisi kullanmaktadır. Bu çalışma sırasında oransal tahliye vanasının modellenmesi ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiş ve bir yakınlık sensörü kullanılarak türbin hız sensörü geliştirilmiştir. Sistem öncelikle MATLAB Simulink üzerinden modellenmiş ve kontrol algoritması geliştirilmiştir. Ar\-dından sistemin performansını doğrulamak için sıcak ve soğuk gaz üreteçleri ile testler icra edilmiştir. Simülasyon ve test sonuçları, önerilen kontrol sisteminin turbopompa sisteminin hızını istenen aralıkta etkili bir şekilde tutabileceğini göstermektedir.