Универсальная математическая модель газотурбинного двигателя Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №11-2/2016 ISSN 2410-6070

УДК 51-74

А.В. Титов

к.т.н., профессор Б.М. Осипов

к.т.н., профессор

Казанский государственный энергетический университет

г. Казань, Российская Федерация

УНИВЕРСАЛЬНАЯ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Аннотация

В статье изложены требования к математическим моделям ГТД и даны признаки, по которым можно их называть «универсальные».

Ключевые слова

Математическая модель, требования к моделям, газотурбинный двигатель.

Современные газотурбинные двигатели относятся к числу сложнейших технических объектов. Они характеризуются большим числом конструктивно-схемных решений, большим числом типоразмеров, разнообразием функционального назначения. Условия их эксплуатации характеризуются многообразием режимов работы при различных внешних условиях, вследствие чего к ним предъявляется множество, как правило противоречивых, требований по тяге (мощности), удельному расходу топлива, массе, габаритам, эмиссии вредных веществ, шуму, ИК-излучению и т.д. Все это весьма усложняет процесс создания современного ГТД. Этот процесс в настоящее время уже немыслим без применения ЭВМ и математических моделей на всех его этапах. Более того, математические модели необходимы в процессе серийного производства, а также при эксплуатации ГТД. С использованием математических моделей можно решать широкий круг задач проектирования. Это выбор оптимальных параметров рабочего цикла, расчет и анализ характеристик двигателя на установившихся и неустановившихся режимах работы, анализ и выбор возможных программ управления ГТД, выбор законов управления элементами проточной части ГТД, что особенно важно для адаптивных двигателей. Кроме того необходимо оценивать массу и размеры двигателя, уровень шума и другие параметры. Применение математических моделей предоставляет возможность изучения широкого круга проблем, связанных с созданием ГТД на математических моделях, а не на двигателе. Все выше сказанное предопределяет весьма широкий перечень требований, предъявляемых к математическим моделям. В процессе проектирования ГТД используются разнообразные математические модели как двигателя в целом, так и отдельных его узлов. В данном документе будет рассматриваться универсальная математическая модель ГТД, предназначенная для выполнения термогазодинамических расчетов проточной части. Поэтому в дальнейшем изложении все затрагиваемые вопросы будут касаться только таких моделей.

В работах [1,2,3,4] сделаны попытки сформулировать требования к математическим моделям ГТД. Наиболее полно, на наш взгляд, такие требования сформулированы в работе [4]. Они разделены на три группы. К первой группе относятся требования, обеспечивающие адекватность математических моделей, т.е. такие модели должны достаточно точно описывать рабочий процесс в проточной части ГТД. Ко второй группе относятся требования, обеспечивающие достаточную универсальность математической модели, т.е. возможность ее использования для решения широкого круга задач. К третьей группе относятся требования, обеспечивающие высокий уровень программирования. Ниже приведены эти требования, исправленные и дополненные по сравнению с [4].

1. Учет изменения теплофизических свойств рабочего тела в зависимости от его состава и температуры, а в двигателях сложных схем и в зависимости от давления.

2. Учет влияния влажности воздуха, входящего в двигатель.

3. Учет влияния изменения состава и свойств рабочего тела, т.е. конденсации паров, диссоциации или реже ионизации газов.

4. Учет изменения полноты сгорания топлива, в особенности на больших высотах полета.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №11-2/2016 ISSN 2410-6070

5. Учет изменения коэффициентов потерь в узлах ГТД в зависимости от режима работы, характеризуемого различными параметрами.

6. Возможность учета различий статического давления в газовых потоках внутреннего и наружного контуров на входе в камеру смешения.

7. Возможность учета влияния неравномерности и нестационарности потока на входе в узлы двигателя на характеристики этих узлов.

8. Возможность учета изменений в характеристиках узлов ГТД при изменении внешних условий.

9. Учет влияния числа Рейнольдса на коэффициенты потерь и характеристики узлов.

10. Возможность уточнения наименее достоверных параметров модели путем ее идентификации по результатам эксперимента.

11. Возможность расчета со сложными системами отбора воздуха за различными ступенями компрессоров, отбираемого как на охлаждение горячей части ГТД, так и безвозвратно на самолетные и другие нужды.

12. Возможность расчета переходных процессов (приемистость, сброс оборотов).

13. Возможность реализации произвольных и сложных программ управления.

14. Модульный принцип построения программы или программного комплекса.

15. Защищенность модели, т.е. возможность расчета при любых самых неблагоприятных сочетаниях входных данных без прерываний и аварийных остановов.

В настоящее время ни одна из существующих математических моделей не удовлетворяет всем этим требованиям в полной мере.

В статье [5] приведена математическая модель наиболее полно удовлетворяющая этих требований. Список использованной литературы:

1. Теория двухконтурных турбореактивных двигателей. Под ред. С.М.Шляхтенко, В.А.Сосунова. М.: Машиностроение, 1979.- 432 с.

2. Янкин В. И. Система программ для расчета характеристик ВРД на ЭЦВМ. - М.: Машиностроение, 1074. - 168 с.

3. Дружинин Л. Н., Швец Л. И., Лапшин Л. И. Математическое моделирование ГТД на современных ЭВМ при исследовании параметров и характеристик авиационных двигателей. - Тр. ЦИАМ, №832, 1979 - 45 с.

4. Ахметзянов А. М., Дубравский Н. Г., Тунаков А. П. Диагностика состояния ВРД по термогазодинамическим параметрам. - М.: Машиностроение, 1983. - 206 с.

5. Гафуров А.М, Осипов Б.М., Титов А.В., Гафуров Н.М., Программная среда для проведения энергоаудита газотурбинных установок. Энергетика Татарстана №3(39) 2015. - с. 20-25

© Титов А.В., Осипов Б.М., 2016

УДК 69.003.13

Т.Ш. Урунов, магистрант ИСИ, СПбПУ Петра Великого А.Д. Сидоров, магистрант ИСИ, СПбПУ Петра Великого С.Ю. Лукичев, магистрант ИСИ, СПбПУ Петра Великого Н.Н. Бащенко, студент ИСИ, СПбПУ Петра Великого г. Санкт-Петербург, Российская Федерация

СПЕЦИФИКА ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ КАК ОБЪЕКТА ИНВЕСТИРОВАНИЯ

Аннотация

Актуальность темы обусловлена тем, что горная промышленность является одной из важнейших