מבוא

נושא:

הפרוייקט שלפניך מביא את סיכום העבודה שנעשתה בבחינת הדרישות התיאורטיות והמכניות, הנוגעות להסבת מנוע מל"ט מתצורת הזנת דלק והצתה קונבנציונליות (מאיידים + CDI) למערכת בקרת מנוע מתקדמת מסוג EFI (Electric Fuel Injection) או FADEC (Full Authority Digital Engine Control) המשלבות הזרקת דלק והצתה ממוחשבות.

הדרישה:

הצורך לבדיקת ייתכנות ההסבה עלה מן הניסיון המצטבר עם המל"ט שעליו מותקן המנוע הנדון.

המל"ט נמצא בשירות מבצעי פעיל בחיל האוויר כשמונה שנים וצבר אלפי שעות טיסה לזכותו. הניסיון שנצבר בזמן זה הראה כי מערכת המאיידים של המנוע סובלת ממספר בעיות עקרוניות שהחמורות ביניהן הן:

1. אמינות נמוכה.

2. חוסר הדירות בביצועים.

3. הקרחת מאיידים.

במהלך השנים נעשו ניסיונות לתת מענה הנדסי לבעיות אלו אך פתרון יסודי לא נמצא.

על כן העלה הלקוח (ח"א) דרישה למציאת פתרון מקיף ויסודי לנושא וע"י כך להאריך את תוחלת החיים המבצעית של הכלים. דרישות הלקוח העיקריות היו:

1. לא תהיה ירידה במעטפת הביצועים הנוכחית של כלי הטיס כתוצאה מההסבה.

2. המערכת החדשה תיתן מענה מלא לבעיות המערכת הקיימת.

3. לא יידרשו שינויי מבנה עקרוניים לכלי הטיס או המנוע.

4. תוספת המשקל שתיגרם כתוצאה מההסבה לא תחרוג מ-5 ק"ג או מהחיסכון במשקל הדלק למשימה אופיינית , שיגרם כתוצאה מירידת ה-sfc.

5. יתירות מובנית במערכת לשיפור אמינות בטיסה.

מרחב העבודה:

מנוע המל"ט הנו מטיפוס מנוע רוטורי (Wankel Rotary Engine). הוא מוזן ע"י שני מאיידים מסוג דיאפרגמה. תערובת הדלק מוצתת ע"י שני מצתים בכל יחידת עבודה כאשר ההצתה מבוקרת ע"י מערכת מסוג CDI. המנוע עצמו בנוי בצפיפות רבה והסרת מערכות הדלק וההצתה הישנות משאירה מרחב תמרון מוגבל לתכנון הרכיבים החלופיים.

עקרונות פעולת המנוע השונים משל מנוע בוכנה מציבים אף הם אתגר ייחודי בכל הנוגע לתכנון מערכת הזרקה מתאימה.

מצב השוק:

סקירת מצב השוק העלתה את העובדות הבאות:

1. קיימים מל"טים שמנועיהם מוזנים ומנוהלים ע"י מערכות הזרקה אלקטרוניות מסוגים שונים. כלומר, טכנולוגית, ההזרקה שבמקור תוכננה לתנאי גובה פני הים ±3000 מטר, ישימה גם לתנאי גובה פני הים +10000.

2. קיימים מנועים רוטוריים שבהם נעשה שימוש בטכנולוגית EFI.

3. נמצאה לפחות דוגמה אחת למנוע רוטורי מטיפוס דומה לשלנו, בו שולבה מערכת EFI המשמש כיחידת הנעה לכלי טיס מאויש.

4. לא נמצאו מקרים דומים של מנועים רוטוריים למל"טים העושים שימוש בטכנולוגית EFI או FADEC.

5. מאופיו הביטחוני והתחרותי של שוק המל"טים הבינלאומי נובע כי לא ניתן כמעט להשיג מידע הנדסי אמין על המערכות במל"טים מתחרים.

6. לא קיימת מערכת "מהמדף" העונה לצרכינו.

סקר ספרות:

מסקירת ספרות ומאמרים רלוונטיים עלה כי:

1. קיים חומר רב העוסק במערכות הזרקה למנועי בוכנה ארבע פעימתיים.

2. מרבית העבודה המחקרית תיאורטית על מנועים רוטורים נפסקה לפני שני עשורים ויותר.

3. לא נמצא חומר תיאורטי מחקרי זמין בנושא יישום מערכות הזרקה כל שהן במנועים רוטוריים.

4. מרבית ההתפתחות המסיבית של מערכות EFI ו-FADEC החלה לאחר שהעניין המעשי והמסחרי במנועים רוטוריים דעך.

5. קיים חומר תיאורטי רב בנושאי מנועי שריפה פנימית לסוגיהם.

סיכום העבודה שנעשתה:

העבודה נפרשה על פרק זמן של כשמונה חודשים והתחלקה לשלושה שלבים עיקריים.

1. לימוד תיאורטי של הנושאים הרלוונטיים יחד עם איסוף נתונים על המנוע ומערכותיו.
בין הנושאים שנבחנו:

§ מבנה ועקרונות פעולה של מנוע רוטורי

§ דרישות הזנת הדלק וההצתה של מנועי בעירה פנימית.

§ מאפייני מערכות הזרקה והצתה אלקטרוניות ואחרות.

§ תופעת הקרחת מאיידים

§ איסוף נתוני מנוע ה-- AR68-1000

2. גיבוש תפישה כוללת ואפיון כללי של מה דרוש למערכת הזרקה ומה היא מסוגלת לתת. חשיבה יצירתית למתן פתרונות לדרישות בתוך מגבלות מרחב העבודה. בחירת קונספציה מועדפת.
נבחנו שלוש חלופות למערכת הזרקה הנבדלות ביניהן בעיקר באופן בו הן מודדות את מסת האוויר הנשאבת אל המנוע ובאופן בו הן קובעות את המינון של הדלק בתערובת.

3. ביצוע תיכון מכני של מספר תת מערכות של המערכת הנבחרת שכלל את השלבים:

§ יצירת מודל תלת ממד ממוחשב של חלקי המנוע העיקריים בכדי ליצור הדמיה אמינה ומדויקת של מרחב העבודה ונקודות הממשק של רכיבי מערכת ההזרקה.

§ תכנון שתי תת מערכות של מערכת ההזרקה בשיטת מידול מוצק תלת ממדי.
המכלולים שתוכננו:

א. מכלול גופי המצערת

ב. מחולל אותות.

§ בדיקת התממשקות המכלולים.

§ הפקת תיק שרטוטים.

§ איתור מרבית רכיבי המדף הנדרשים.

הפתרון שנבחר:

מתוך החלופות נבחרה מערכת הזרקה מבוססת מדידת ספיקת אוויר מסית באופן עקיף. מערכת זו נראתה כבעלת הסיכוי הטוב ביותר לעמידות בתנאי העבודה של כלי הטיס. וקימת בה הגמישות הרבה ביותר בבחירת הרכיבים

על סמך בחירה זו גובש מפרט דרישות על פיו תוכנן מכלול גופי מצערת המשלב את כל החישנים והמאפיינים הנדרשים למערכת ההזרקה. כמו כן תוכנן מחולל אותות עבור תזמון ההצתה וההזרקה.

מכלול גופי המצערת משלב:

§ יכולת מדידה של לחץ וטמפרטורת סעפת יניקה.

§ הזרקת דלק ע"י מזרק אלקטרוני, בעל פיזור רחב ואטומיזציה מוקדמת, בקרבת פתח היניקה.

§ אפשרויות וויסות מלאות הכוללות בורג וויסות סל"ד סרק, שסתומי BY PASS, ומנגנון סינכרון מווסת, יחד עם נוחות גישה לוויסותים השונים.

המכלול כולו עשוי מחומרים המאושרים לשימוש תעופתי ע"י התעשייה האווירית. ובכללותו תוכנן בצורה רובסטית יותר מהמקובל במכלולים מקבילים בעולם הרכב.

מכלול התזמון (מחולל האותות) עושה שימוש בחישנים אינדוקטיביים ורזולוצית מדידה הגבוהה בהרבה מהמכלול הקיים, ובכך יוכל לענות על דרישות מערכת הבקרה כפי שאנו מבינים אותן.

יתרונות המוצר:

כאמור בסקירת השוק לא ידוע לנו על מערכת EFI/FADEC זמינה או טכנולוגיה מוכנה ובדוקה שיכולה לתת מענה לדרישות הייחודיות הנובעות משילוב של מנוע רוטורי עם מל"ט.

על כן למיטב ידיעתנו זו מערכת ראשונה מסוגה המיישמת את טכנולוגית הזרקה מהמתקדמות ביותר באפליקציה ייחודית זו.

סיכום:

בסיומו של תהליך חשיבתי, יצירתי ותכנוני ארוך, ועל אף שבהעדר ביסוס תיאורטי מספק נאלצנו, בחלק מהבעיות, להתבסס על הנחות ו"תחושות בטן, אנו מאמינים כי יש בידינו בסיס תכנוני, שבהינתן מערכת בקרה ומערכות תומכות אחרות, יוכל לשמש כאב טיפוס למערכת הזרקה, וכי בסיס זה יוכל להיכנס לשלב של ניסויי אב טיפוס שהוגדרו.

ייחודו של המוצר אינו בחדשנות טכנולוגית או פריצת דרך כלשהי, אלא באינטגרציה ייחודית של ידע קיים ליישום ספציפי.

כמו כן אנו סבורים כי המערכת המוצעת עומדת בדרישות המכניות שהוגדרו בהצעת העבודה. כלומר, מגבלות משקל, ממשק ותכנון מפורט הקרוב למוצר מוגמר.

אנו סבורים כי למערכת סיכויים טובים לעמוד בדרישות מעטפת הביצועים והאמינות כאשר תגיע לשלב הניסויים.