Modeling and testing of a proportional wastegate for RPM regulation of a turbopump system
Turbopompa sisteminin RPM düzenlemesi için kullanılacak oransal tahliye vanasının modellenmesi ve testi
- Tez No: 990595
- Danışmanlar: PROF. DR. MURAT ÇELİK, PROF. DR. HASAN BEDİR, DOÇ. DR. ARİF KARABEYOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Mechanical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
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.
Özet (Çeviri)
Launch vehicles use pump-fed pressurization systems, and the energy to drive the pump can be obtained in various ways. Small rockets may use electric motors, but larger liquid rocket engines often use gas generator cycles, where the turbine is driven by pre-combustion chamber products. In this study, a novel PID controller system has been proposed in which the hot gas resulting from the combustion of a hybrid rocket motor or cold gas resulting from pressurized tank is regulated before entering the turbine, similar to the turbochargers in cars. Due to the characteristics of the hybrid rocket used in the hot gas generator, the energy produced decreases over time, and therefore the system produces more energy during operation than the turbopump system requires. The required amount of the produced gas is directed to the turbopump system and the rest is exhausted using a proportional wastegate. The excess energy produced ensures that RPM stays constant during pressure fluctuations in the combustion chamber. The proposed system employs a closed-loop control strategy, where feedback from the turbine speed is measured with a distance sensor and this feedback is used to adjust the wastegate position and maintain the desired RPM. In this study, modeling and characterization of the proportional wastegate were conducted, and a turbine speed sensor was developed using a proximity sensor. System was modeled in MATLAB Simulink, and control algorithm was developed. Then, tests were conducted with both hot and cold gas generators to validate the system's performance. Both simulation and test results demonstrate that the proposed control system can effectively regulates the turbopump speed within a desired range, even under disturbances.
Benzer Tezler
- Design of an intelligent boost pressure controller for a series sequential turbocharged diesel engine
Seri bağlı aşırı doldurma sistemine sahip dizel motorlar için akıllı manifold basıncı kontrolcüsü tasarımı
MUSTAFA ENGİN EMEKLİ
Doktora
İngilizce
2015
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BİLİN AKSUN GÜVENÇ
- Aerobik sistemlerde proses stokımetrisi ve kinetiğinin respirometrik olarak değerlendirilmesi
Respirometric evaluation of process kinetic and stoichiometry for aerobic systems
EMİNE UBAY ÇOKGÖR
Doktora
Türkçe
1997
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre ve Enerji Teknolojileri Yönetimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DERİN ORHON
- Examination of variables influencing photocatalytic membrane reactors by using textile industry wastewater brine via modeling
Tekstil endüstrisi atıksu konsantresi kullanılarak fotokatalitik membran reaktör sistemini etkileyen faktörlerin model kullanarak incelenmesi
BERK ESENLİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AYŞE YÜKSEKDAĞ
- Elektrik cihazlarının testi için geliştirilen benzetim uyartım arayüzünün modellenmesi ve kararlılık analizi
Modeling and stability analysis of a simulation stimulation interface developed for testing electrical hardware
DİLEK ÇADIRLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2006
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiNiğde ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SAFFET AYASUN
- Dört rotorlu bir insansız hava aracının modellenmesi, tasarımı ve yükseklik denetimi
Modeling, design and altitude control of a four-rotor unmanned aerial vehicle
EBUBEKİR BOZKURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Mekatronik MühendisliğiFırat ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BEŞİR DANDIL