Μοντελοποίηση αεροπορικού ελικοφόρου στροβιλοκινητήρα PT6A-68 και σύγκριση επιδόσεων με μετρήσεις από δοκιμαστήριο και πτήση - Δίελας, Κωνσταντίνος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ρευστών. Εργαστήριο Θερμικών Στροβιλομηχανών., 2014)
Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως σκοπό την, όσο το δυνατόν, αξιόπιστη μοντελοποίηση του αεροπορικού ελικοφόρου στροβιλοκινητήρα PT6A-68. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται διαθέσιμα δεδομένα από εγκεκριμένο για τον συγκεκριμένο κινητήρα δοκιμαστήριο καθώς και δεδομένα πτήσης. Τα τελευταία προέρχονται από αεροσκάφος Τ-6 texan 2 της Ελληνικής Πολεμικής Αεροπορίας. Επιπλέον, μέσω κατάλληλης διαδικασίας, δημιουργούνται υπογραφές βλαβών για τις συνηθέστερες βλάβες που μπορούν να προκύψουν. Τέλος, μέσω παρατήρησης των υπογραφών βλαβών, διερευνάται η δυνατότητα εντοπισμού και καθορισμού της βλάβης. Η προσομοίωση της λειτουργίας του κινητήρα, που επιλέχθηκε στην παρούσα διπλωματική εργασία, πραγματοποιείται σε περιβάλλον αντικειμενοστραφούς προγραμματισμού (PROOSIS). Μέσω του λογισμικού PROOSIS δημιουργείται το σχηματικό διάγραμμα της εν λόγω μηχανής, χρησιμοποιώντας τις συνιστώσες που παρέχονται στις βιβλιοθήκες του. Το σχηματικό διάγραμμα αναπαριστά την αεροδυναμική και μηχανική σύνδεση των συνιστωσών της πραγματικής μηχανής. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται διαθέσιμα δεδομένα (γεωμετρία, επιδόσεις κτλ) του κινητήρα από την ανοικτή βιβλιογραφία καθώς και από τα τεχνικά εγχειρίδια (technical & flight manual) του αεροσκάφους. Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας μόνο τα δεδομένα του δοκιμαστηρίου, υπολογίζεται, μέσω του λογισμικού, το σημείο σχεδίασης του κινητήρα προσδιορίζοντας τις τιμές των μεταβλητών σχεδίασης. Με καθορισμένο πλέον το σημείο σχεδίασης, το μοντέλο που δημιουργήθηκε υπολογίζει τις επιδόσεις του κινητήρα σε λειτουργία εκτός σημείου σχεδίασης και η οποία επιλέγεται να αναπαριστά τα λοιπά διαθέσιμα δεδομένα του δοκιμαστηρίου. Συγκρίνοντας τις υπολογισμένες επιδόσεις με αυτές του δοκιμαστηρίου, παρατηρούνται σημαντικές αποκλίσεις. Με σκοπό την αποτελεσματικότερη προσομοίωση του κινητήρα, επανεπιλέγονται οι χάρτες που αντικατοπτρίζουν τη λειτουργία των επιμέρους συνιστωσών. Επιπλέον, μέσω διαδικασίας βελτιστοποίησης, επαναπροσδιορίζονται οι τιμές των μεταβλητών σχεδίασης έτσι ώστε το μοντέλο να προσομοιώνει τη λειτουργία της πραγματικής μηχανής σε αποδεκτό επίπεδο αποκλίσεων. Ακολούθως, μελετάται η επίδοση του μοντέλου συγκρινόμενη με τα δεδομένα της πτήσης. Αρχικά, για τα διαθέσιμα δεδομένα πτήσης υλοποιείται κατάλληλη διαδικασία ελέγχων ώστε να απορριφθούν σημεία που αφορούν τη μεταβατική κατάσταση λειτουργίας. Για τον έλεγχο της αξιοπιστίας των δεδομένων αυτών δημιουργούνται κατάλληλα διαγράμματα της συσχέτισής τους, όπου και διαφαίνεται η αναμενόμενη μορφή με βάση τη βιβλιογραφία. Κατόπιν, με τη χρήση του μοντέλου υπολογίζονται οι επιδόσεις του κινητήρα σε κατάσταση λειτουργίας, όπως αυτή καθορίζεται από τα δεδομένα της πτήσης. Παρατηρείται σημαντική απόκλιση των υπολογιζόμενων και μετρούμενων μεγεθών. Αυτή η απόκλιση πιθανολογείται ότι οφείλεται α) στο μικρό αριθμό σημείων λειτουργίας του δοκιμαστηρίου τα οποία δεν αντικατοπτρίζουν όλο το εύρος λειτουργίας και με βάση τα οποία δημιουργήθηκε το μοντέλο, β) σε πιθανές διορθώσεις των μετρήσεων του δοκιμαστηρίου με αποτέλεσμα οι διαθέσιμες τιμές των μετρήσεων να μην αντιστοιχούν στις πραγματικές τιμές των μεταβλητών λειτουργίας και γ) στη διαφορά σειριακού αριθμού του κινητήρα στο δοκιμαστήριο και του εν πτήσει κινητήρα. Με σκοπό την ελαχιστοποίηση των αποκλίσεων των υπολογιζόμενων και μετρούμενων επιδόσεων, πραγματοποιείται εκ νέου διαδικασία βελτιστοποίησης του σημείου σχεδίασης, λαμβάνοντας τώρα υπ’ όψιν μόνο τα δεδομένα της πτήσης. Το τελικό μοντέλο που προέκυψε παρουσιάζει αποκλίσεις από τα δεδομένα της πτήσης της τάξεως του ±2%, με αποτέλεσμα να μπορεί να θεωρηθεί αξιόπιστο. Τέλος, διερευνάται η δυνατότητα εξαγωγής διαγνωστικής πληροφορίας από της μετρήσεις του κινητήρα. Για το σκοπό αυτό και χρησιμοποιώντας το μοντέλο του κινητήρα, δημιουργούνται οι υπογραφές των συνηθέστερων βλαβών των συνιστωσών επιλέγοντας ίδιο μέγεθος βλάβης. Από την παρατήρηση και ανάλυση των υπογραφών αυτών, συμπεραίνεται ότι με τη χρήση των διαθέσιμων μετρήσεων του κινητήρα είναι δυνατός ο προσδιορισμός α) του τμήματος που παρουσιάζει βλάβη (θερμό / ψυχρό), β) του στροβίλου που παρουσιάζει βλάβη (βλάβη στο θερμό τμήμα) και γ) του συμπιεστή που παρουσιάζει βλάβη (βλάβη στο ψυχρό τμήμα).