ОСОБЛИВОСТІ ІДЕНТИФІКАЦІЇ МАТЕМАТИЧНОЇ МОДЕЛІ ОДНОВАЛЬНОГО ЕНЕРГЕТИЧНОГО ГАЗОТУРБІННОГО ДВИГУНА

Автор

О. Л. Лютіков, ДП НВКГ «Зоря»-«Машпроект» (54018, Україна, м. Миколаїв, пр. Богоявленський, 42-А), e-mail: spe@mashproekt.nikolaev.ua, ORCID: 0000-0002-2335-9273

Анотація

Процеси проектування і доведення ГТД базуються на використанні математичних моделей (ММ), що відображають фізичну картину процесів функціонування двигуна. Одним із шляхів підвищення достовірності ММ є їхня ідентифікація за результатами стендових випробувань двигуна. Ідентифікація ММ сучасних енергетичних ГТД є дуже трудомісткою задачею. Це пов’язано з необхідністю ідентифікувати основні контрольовані параметри двигуна, що визначаються в ході експериментальних досліджень і залежать від великої кількості параметрів, неконтрольованих в ході експерименту. Через це актуальним напрямом зниження трудомісткості процесу ідентифікації ММ є застосування програмних комплексів ідентифікації. Розроблена Інститутом проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного методологія та засоби ідентифікації параметрів і характеристик енергетичних установок за експериментальними даними (програмний комплекс Otpimum) дозволяє вести спрямований пошук оптимального розв’язку на основі сучасних математичних методів. Це, в свою чергу, приводить до скорочення часу виконання ідентифікації, підвищує адекватність ММ і дозволяє більш достовірно визначати характеристики вузлів двигуна. У статті запропоновано підхід до ідентифікації нелінійної повузлової ММ, з деталізацією розрахунку турбінного тракту до рівня лопаткового вінця, за результатами стендових випробувань двигуна Д045. Описується вибір варійованих і контрольованих параметрів, а також діапазони їх змін. Результати розв’язання задачі ідентифікації показали можливість застосування програмного комплексу оптимізації та ідентифікації параметрів і характеристик енергетичних установок Optimum під час ідентифікації ММ ГТД Д045. Застосування розробленої методології для ідентифікації ММ ГТД, що ґрунтується на результатах стендових випробувань, дозволяє враховувати максимальне число варійованих змінних і значно знизити трудомісткість і час цього процесу. Аналіз результатів показує, що за значних відхилень характеристик ГТД від проектних значень для розв’язання задачі ідентифікації необхідно мати великий обсяг апріорної інформації, на підставі якої призначаються діапазони зміни варійованих і контрольованих параметрів, а також їх значення в першому наближенні.

Ключові слова: математична модель, ідентифікація, ГТД, варійовані параметри, контрольовані параметри, функція мети.

Література

1. Shen J., Masiulaniec K. C., Afjeh A. A. Turbojet engine simulation using dymola. Proceedings of the 42nd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit (9–12 July 2006), Sacramento, California, USA. 2006. Vol. 6. P. 4760–4774. https://doi.org/10.2514/6.2006-4796
2. Gomes K. J., Masiulaniec K. C., Afjeh A. A. Performance, usage, and turbofan transient simulation comparisons between three commercial simulation tools. J. Aircraft. 2009. Vol. 46. No. 2. P. 699–704. https://doi.org/10.2514/1.38902
3. Traverso A. TRANSEO code for the dynamic performance simulation of micro gas turbine cycles. ASME Turbo Expo. 2005. Vol. 5. P. 45–54. https://doi.org/10.1115/GT2005-68101
4. Pilet J., Lecordix J., Garcia-Rosa N., Barenes R., Lavergne G. Towards a fully coupled component zooming approach in engine performance simulation. ASME Turbo Expo: Turbine Techn. Conf. and Exposition. 2011. Vol. 1. P. 287–299. https://doi.org/10.1115/GT2011-46320
5. Kurzke J. GasTurb 12. Design and off-design performance of gas turbines [Electronic resource]. Available at: http://www.gasturb.de/manual.html
6. GECAT [Electronic resource] / Available at: http://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/6.2000-3893
7. GSP 11 User Manual [Electronic resource] / Available at: http://www.gspteam.com
8. Морозов С. А. Программный комплекс ГРАД – газодинамические расчёты авиационных двигателей. Авиакосмические технологии и оборудование: Сб. докл. науч.-практ. конф. Казань: Казан. технолог. ун-т, 2003. С. 190–196.
9. Ткаченко А. Ю., Кузьмичев В. С., Кулагин В. В., Крупенич И. Н., Рыбаков В. Н. Автоматизированная система газотермодинамических расчётов и анализа (АСТРА-4) газотурбинных двигателей и энергетических установок. Проблемы и перспективы развития двигателестроения: Матер. докл. междунар. науч.-техн. конф. Самара: Самар. аэрокосм. ун-т, 2009. Ч. 2. С. 80–82.
10. Синкевич М. В. Совершенствование метода исследования и доводки газодинамических характеристик судовых ГТД на базе высокоинформативной математической модели: Дисс. …канд. техн. наук / Николаев. кораблестроит. ин-т. Николаев, 1988.
11. Пчёлкин Ю. М. Камеры сгорания газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1984. 280 с.
12. Чобенко В. Н., Палиенко Р. В., Лютиков А. Л. Математическая модель одновального ГТД Д045. Восточ.-Европ. журн. передовых технологий. 2013. Т. 3. № 12 (63). С. 18–21.
13. Тарелин А. А., Аннопольская И. Е., Антипцев Ю. П., Паршин В. В. Информационно-инструментальная система для решения задач оптимизации и идентификации при проектировании и доводке энергетических установок. Вісн. нац. техн. ун-ту «ХПІ». 2012. № 8. С. 17–25.

Надійшла до редакції 19 червня 2018 р.