تفاصيل الوثيقة

نوع الوثيقة : رسالة جامعية 
عنوان الوثيقة :
تطوير نموذج متقدم لتحليل موثوقية محركات الطائرات العاملة في البيئات القاسية
RELIABILITY AND PERFORMANCE ANALYSIS OF AIRCRAFT ENGINES OPERATION IN EROSIVE ENVIRONMENT
 
الموضوع : كلية الهندسة 
لغة الوثيقة : العربية 
المستخلص : تعد ظاهرة تآكل الرمال منتشرة على نطاق واسع في منطقة مجلس التعاون الخليجي، حيث تسبب الجسيمات الصلبة التي تصطدم بالأسطح تلف المحرك. ومن المتوقع أن يتدهور أداء وعمر ضواغط والتوربينات المحرك بشكل كبير عند العمل في البيئات المعرضة للتأكل بسبب التعرض للرمال والأتربة. وبما أن موثوقية محركات الطائرات لها تأثير كبير على سلامة الطيران للطائرات الحديثة، فإن الصيانة الاستباقية والمتابعة المستمرة لأداء المحرك تعد من الطرق الرئيسية لتعزيز موثوقية محركات الطائرات وكفاءتها. كما يمكن استخدام مختلف نماذج الانحدار للتنبؤ بأعطال المعدات والنظم؛ ومع ذلك، هناك اهتمام متزايد بتطبيق الشبكات العصبية الاصطناعية Artificial Neural Network (ANN)، والتي تتفوق في الأداء على نماذج الانحدار التقليدية، إن قدرة الشبكات العصبية على نمذجة المواقف المتعددة الأبعاد دون افتراض التبعيات المعقدة من بين المتغيرات المدخلة هي ميزة تتفوق بها على الأساليب الإحصائية التقليدية، بالإضافة إلى ذلك، تستخرج الشبكات العصبية العلاقات غير الخطية و غير الأساسية من بين بيانات المدخلات المعقدة من خلال عمليات التعلم من بيانات التدريب. كما تم استخدام نموذج تحليل الأنماط وتأثيرات الفشل Failure Modes and Effects Analysis (FMEA)؛ هو نهج منهجي يستخدم لتحديد أنماط الفشل المحتملة في النظام، بالإضافة إلى الآثار المحتملة لتلك الإخفاقات ومدى احتمالية حدوثها. ويهدف هذا التحليل الى تحديد أولويات معالجة أنماط الفشل المحتملة، وذلك لوضع وتنفيذ إجراءات وقائية وتصحيحية تهدف إلى تقليل من أخطار الفشل وتخفيف عواقبه المحتملة. تُعَدُّ معدلات التدفق وحجم الجسيمات وتركيزها مؤشرات رئيسية لتقييم معدلات التعرية التي تؤثر على شفرات الضاغط في المحركات التوربينية الغازية. وبالتالي، يمكن استخدام تحليل ديناميكيات السوائل الحاسوبية Computational Fluid Dynamics (CFD)، للتحقق من الأداء والتنبؤ بتآكل شفرات الضاغط. والحصول على معلومات مفصلة حول مجال التدفق الهوائي، بما في ذلك السرعة والضغط وتوزيع درجة الحرارة، بالإضافة إلى مسار الجسيمات في التدفق، ويمكن استخدام هذه المعلومات للتنبؤ بموقع ومعدل تآكل الشفرات وتحديد المناطق التي قد تكون عرضة بشكل خاص للتآكل. يجب التحقق أولاً من صحة محاكاة نموذج CFD بالمقارنة مع البيانات التجريبية التي تم جمعها من الاختبارات الفعلية، حيث تتم هذه العملية للتأكد من تمثيل النموذج للنظام الفيزيائي بدقة والوثوق بالنتائج. بعد التحقق من صحة النموذج، يمكن استخدامه لإجراء التحاليل الفيزيائية واستكشاف خيارات التصميم المختلفة لتقليل التعرية وزيادة عمر شفرات ضاغط المحرك. تهدف هذه الدراسة إلى تقييم موثوقية وأداء محرك تي-56 لطائرة الوكهيد سي-130 هيركوليز تحت تأثير عوامل التعرية بسبب الرمال والأتربة في منطقة مجلس التعاون الخليجي. وينقسم العمل البحثي إلى خمسة أجزاء رئيسية تتضمن دراسة معايير التصميم والصيانة والتشغيل، وتحليل بيانات الأعطال وتكرارها، وتقييم موثوقية المحرك باستخدام الطرق الإحصائية، واختبار الأداء في ظروف التشغيل المحلية. كما يهدف هذا العمل البحثي إلى تحسين موثوقية وأداء المحرك وتحديد المشاكل الحالية واقتراح الحلول اللازمة لتحسين عملية الصيانة والتشغيل وتقليل التكاليف. يتنبأ الجزء الأول بمعدل فشل توربين المحرك تي-56 لطائرة لوكهيد سي-130 باستخدام كل من نموذج الانحدار الوابلي analysis Weibull ونموذج التوزيع اللوغاريتمي الطبيعي Lognormal analysis. في البداية، تم توزيع البيانات في النموذج باستخدام النموذج الوابلي، وتم دعم التحقق من صحة النموذج من خلال خط مستقيم يتناسب مع البيانات المحولة. بالإضافة إلى ذلك، تمت مقارنة التحقق من صحة التحليل بنتائج الانحدار الناتجة من التحليل اللوغاريتمي lognormal باستخدام حزمة برامج Weibull++7. أشارت المقارنة إلى التوافق العالي مع البيانات التجريبية وأثبتت دقة الطريقة في تحديد متوسط الوقت بين حالات الفشل وتوصيف دقيق إلى حد ما للموثوقية. بالإضافة إلى ذلك، وباستخدام مخططات الكثافة المحتملة، وهي عبارة عن مخططات يتم استخدامها في تحليل البيانات الإحصائية لتحديد مستويات الثقة والتأكيد في النتائج، أصبح لدينا حدود واضحة للتباينات بين جميع المؤشرات ذات الصلة. كما تشير الخصائص الناتجة إلى أن معدل فشل المحرك يزداد مع مرور الوقت، مما يجعل استراتيجية الاستبدال جديرة بالاهتمام. كما ان عوامل التآكل والاجهاد والتشقق هي من الأسباب الرئيسية لفشل شفرات المحرك محل الاختبار. ونظرًا لنمط الفشل المذكور، فمن الضروري إجراء برامج صيانات قياسية لاستبدال وإصلاح التلف الناتج عن عوامل التعرية. يغطي الجزء الثاني نموذج الشبكة العصبية الاصطناعية (ANN) باستخدام خوارزمية التغذية للأمام والانتشار الخلفي Feed-Forward Back-Propagation Algorithm كقاعدة تعليمية للنموذج. ولهذا الغرض تم تطوير خوارزمية خاصة باستخدام برنامج MATLAB. بحيث تتكون المدخلات من البيانات الميدانية لاستخلاص نتائج معدل الفشل العام لتوربين محرك تي-56. وللتحقق من صحة النتائج، قمنا بتحليل البيانات بشكل أكبر باستخدام نموذج شبكة عصبية ذات أساس شعاعي Radial Basis Neural Network, وتستخدم هذه الشبكات أساس شعاعي لتحديد وتمثيل الوزن الذي يتم استخدامه في العملية التنبؤية. كما أظهر النتائج أن معدل الفشل الذي تنبأ به نموذج الشبكة العصبية الاصطناعية للتغذية إلى الأمام يتوافق بشكل أفضل مع نموذج الشبكة العصبية على أساس شعاعي مقارنة ببيانات معدلات الفشل الذي توقعه النموذج الوابلي. أخيرًا، تم التنبؤ بمعدل الفشل العام لتوربين المحرك تي-56 باستخدام نموذج الشبكة العصبية الإدراكية متعددة الطبقات multilayer perceptron neural network (MLP) باستخدام برنامج DTREG. وينطوي الجزء الثالث على تقييم المخاطر وأسبقية الإجراءات التصحيحية. حيث تم تصنيف بيانات أوضاع الفشل وتحليل التأثيرات (FMEA) باستخدام تصنيف الأولوية للمخاطر Risk Priority Number (RPN). من مصفوفة FMEA، حيث تم استنتاج أوضاع الفشل الرئيسية لتوربينات المحرك تي-56 والتي تؤدي للتلف الميكانيكي للمحرك بسبب الفشل الهيكلي الناجم عن عوامل مثل التعرية وابتلاع الرمال. كما توفر النتائج أيضًا تحليل مفصل لموثوقية توربين المحرك تحت الدراسة في ظل ظروف التشغيل الفعلية، والتي تمكن مشغلي الطائرات من تقييم أعطال النظام والمكونات وتخصيص خطط الصيانة التي أوصت بها الشركة المصنعة. في الجزء الرابع، تم إجراء محاكاة عددية numerical simulation للتنبؤ بأنماط التعرية المحتملة وتوزيع الجسيمات الصلبة، وحساب معدل التعرية الناتج بسبب هذه الجسيمات التي تؤثر على شفرات ضاغط المحرك NASA Rotor 37. تم التحقق من معدل الفشل، وثبت أن تركيز الجسيمات له تأثير أكبر على معدل تآكل شفرات ضاغط المحرك، في حين أن حجم الجسيمات له أهمية أقل بين جميع المؤثرات الأخرى. يصف الجزء الخامس من الدراسة، تطوير وتطبيق نماذج لحساب تآكل السطح في المحرك التوربيني تي-56. و باستخدام مسح ثلاثي الأبعاد لشفرات جديدة وأخرى تالفة (بسبب التعرية). تستخدم هذه النماذج مسارات الجسيمات لتحديد معدلات التأثير والسرعات وزوايا الاصطدام. أظهرت النتائج أن تركيز الجسيمات الصلبة في الهواء يؤثر بشكل كبير على معدل تآكل شفرات المحرك، بينما يكون لحجم الجسيمات تأثير أقل بين جميع العوامل المقاسة الأخرى. وأوضحت النتائج أيضًا أن خشونة السطح تزداد مع زيادة حجم الجسيمات. يمكن رؤية التغيرات في كثافة الإجهاد ومعدل التعرية على أسطح شفرات الضاغط على طول اتجاه التيار، مما يحاكي نمط تركيز الجسيمات الصلبة ومعدل تغير الضغط. ولاحظت الدراسة أن متوسط معدل تآكل الشفرات وكثافتها يزدادان بشكل مطرد بزيادة حجم الجسيمات الصلبة، ومع ذلك، فإن الزيادة في معدل التعرية والكثافة تتباطأ بالنسبة لأحجام الجسيمات الأكبر بكثير. 
المشرف : أ.د. بلقاسم قودة 
نوع الرسالة : رسالة ماجستير 
سنة النشر : 1444 هـ
2023 م 
تاريخ الاضافة على الموقع : Tuesday, September 12, 2023 

الباحثون

اسم الباحث (عربي)اسم الباحث (انجليزي)نوع الباحثالمرتبة العلميةالبريد الالكتروني
نزار عوض الله قطانQattan, Nizar Awadallahباحثدكتوراه 

الملفات

اسم الملفالنوعالوصف
 49304.pdf pdf 

الرجوع إلى صفحة الأبحاث