به گزارش گروه دفاع و امنیت مشرق به نقل از ایسنا، مهندس سهيل جعفري، دانشجوي دوره دکتري دانشکده مهندسي مکانيک دانشگاه علم و صنعت ايران اظهار كرد: موتورهاي توربين گاز هوايي (موتورهاي جت) نقش مهمي در موفقيت عملکرد هواپيما ايفا مي‌کنند. اين موتورها، وظيفه تامين تراست مطلوب خلبان را در شرايط کاري مختلف بر عهده دارند. در اين راستا، سيستم کنترل سوخت موتورهاي جت وظيفه مهمي در تامين تراست مورد درخواست خلبان به همراه ارضاء قيود و محدوديت‌هاي فيزيکي موتور از جمله جلوگيري از وقوع سرج و استال در کمپرسور، خاموش شدن شعله، جلوگيري از فرارفت سرعت دوراني از سرعت ماکزيمم مجاز و جلوگيري از فرارفت دماي ورود به توربين از حداکثر دماي مجاز دارد.
وي افزود: در واقع يکي از چالش‌هاي اساسي در طراحي سيستم کنترل سوخت موتور جت، انتخاب ساختار و طراحي پارامترهاي کنترلري است که بتواند نيازمندي‌هاي عملکردي موتور را بهبود دهد. يکي از ساختارهاي صنعتي که توسط شرکت‌هاي معتبر موتورساز مانند پرت و ويتني، رولز رويس و جنرال الکتريک مورد استفاده قرار گرفته است، کنترلر Min-Max است.
جعفري خاطرنشان كرد: ساختار اين کنترلر از چندين حلقه کنترلي تشکيل شده است که هر کدام وظيفه تامين يکي از نيازمندي‌ها يا قيود موتور را به عهده دارد. از آنجا که اين کنترلر از توابع Max و Min که توابع غيرخطي و ناهموار هستند، استفاده مي‌كند، بهينه‌يابي پارامترهاي اين کنترلر با استفاده از روش‌هاي تحليلي مبتني بر گراديان مي‌تواند به مينيمم محلي همگرا شود.
وي تصريح كرد: بدين جهت، در اين رساله، ايده کاربرد الگوريتم‌هاي مبتني بر جمعيت که از مجموعه الگوريتم‌هاي غير مبتني بر گراديان هستند، براي بهينه‌يابي پارامترهاي کنترلر سوخت Min-Max موتور جت ارائه شده است. الگوريتم‌هاي مبتني بر جمعيتي که در اين تحقيق کاربرد آنها در بهينه‌يابي پارامترهاي کنترلر Min-Max ارائه شده شامل الگوريتم ژنتيک(GA)، الگوريتم بهينه‌يابي اجتماع ذرات(PSO) و الگوريتم بهينه‌يابي علف‌هاي هرز(IWO) هستند.
جعفري خاطرنشان كرد: همچنين براي اين‌که قابليت‌هاي کاربردي اين ايده مورد مطالعه قرار گيرد، کنترلر طراحي شده براي ايجاد قابليت تنظيم تراست(Throttling) يک موتور توربوجت که در کشور در حال توليد است، ولي فاقد سيستم کنترل سوخت جهت تنظيم تراست است، مورد استفاده قرار گرفت.
وي گفت: بدين منظور، ابتدا مدل‌سازي موتور توربوجت مورد نظر براي تحليل رفتار ديناميکي آن صورت پذيرفت، آن‌گاه ساختار کنترلر سوخت Min-Max براي موتور مورد مطالعه طراحي شد. در مرحله بعد، الگوريتم‌هاي بهينه‌يابي مبتني بر جمعيت در تنظيم پارامترهاي کنترلر اوليه به کار گرفته شدند. همچنين کنترلر طراحي شده، پياده‌سازي و بر روي موتور تست شد.
جعفري افزود: نتايج اين تحقيق نشان مي‌دهد که استفاده از الگوريتم‌هاي بهينه‌سازي مبتني بر جمعيت براي طراحي کنترلر سوخت موتورهاي هوايي موثر، و قادر به تنظيم پارامترهاي کنترلر Min-Max است، به گونه‌اي که عملکرد موتور را بهينه كرده و همزمان قيود محدوديت‌هاي فيزيکي موتور را ارضا كند.
وي اظهار كرد: مقايسه ميان الگوريتم‌هاي به کار گرفته شده در اين پايان‌نامه نشان داد که براي مساله مورد مطالعه، هر سه الگوريتم به بهينه مطلق دست يافته‌اند. اين نتيجه از مقايسه نتايج به دست آمده از الگوريتم‌هاي مختلف با نتايج برنامه‌ريزي پويا استخراج شده است. از نقطه نظر همگرايي استاتيکي، الگوريتم علف‌هاي هرز موفق‌تر از اجتماع ذرات و الگوريتم اجتماع ذرات موفق‌تر از الگوريتم ژنتيک است.
جعفري در ادامه گفت: از نظر همگرايي ديناميکي، الگوريتم اجتماع ذرات به دليل ذات غير تکاملي، از همگرايي ديناميکي بالايي برخوردار است. الگوريتم ژنتيک به دليل استفاده از اپراتور جهش، همگرايي ديناميکي مناسبي ندارد. الگوريتم علف‌هاي هرز حالت بينابين دو الگوريتم ذکر شده است. از نظر زمان شبيه‌سازي، الگوريتم علف‌هاي هرز کندترين و الگوريتم اجتماع ذرات سريع‌ترين الگوريتم است. قابليت اعتمادپذيري الگوريتم ژنتيک و الگوريتم علف‌هاي هرز بيشتر از الگوريتم اجتماع ذرات است. پارامترهاي الگوريتم ژنتيک بيشتر از پارامترهاي الگوريتم‌هاي اجتماع ذرات و علف‌هاي هرز است و در نتيجه الگوريتم ژنتيک از انعطاف‌پذيري بيشتري نسبت به دو الگوريتم ديگر برخوردار است.
وي تصريح كرد: در پايان لازم به ذکر است که نتايج حاصل از پياده سازي عملي کنترلر ساخته شده بر روي موتور جت نيز نشان دهنده موفقيت کنترلر طراحي و ساخته شده در ارضاي تمامي مودهاي کنترلي موتور در کنار بهينه كردن اهداف مورد نظر طراح است. بنابراين، در اين تحقيق اولين نمونه موفق کنترلر الکترونيکي سوخت موتور در کشور طراحي و ساخته شد. همچنين ايده استفاده از الگوريتم‌هاي مبتني بر خرد جمعي در طراحي کنترلر براي سيستم‌هاي هوايي براي اولين بار ارائه و به کار گرفته شد.
مهندس سهيل جعفري، دانشجوي دوره دکتري دانشکده مهندسي مکانيک دانشگاه علم و صنعت ايران از رساله خود با عنوان «کاربرد الگوريتم ژنتيک در تنظيم پارامترهاي کنترلر سوخت Min-Max موتور توربوجت» به راهنمايي دکتر مرتضي منتظري، 29 تيرماه امسال دفاع خواهد كرد.
