Розробка методу розрахунку характеристик турбовального газотурбінного двигуна з повінцевим описом багатоступеневого компресора в двовимірній постановці

Автор(и)

  • Людмила Георгіївна Бойко Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-3076-4779
  • Вадим Анатолійович Даценко Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-0650-562X
  • Олександр Євгенійович Дьомін Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-7958-1623
  • Наталія Володимирівна Піжанкова Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0001-8345-6756

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.238538

Ключові слова:

газотурбінний двигун, дросельна характеристика, осьовий компресор, повінцеве двовимірне моделювання

Анотація

Проєктування і доведення сучасних газотурбінних двигунів в значній мірі покладається на використання методів чисельних досліджень.

Розроблено метод розрахунку термогазодинамічних параметрів і характеристик турбовального газотурбінного двигуна. Особливістю даного методу є двовимірне повінцеве описання компресора в системі двигуна. В основу методу розрахунку покладено нелінійну математичну модель, що дозволяє описати сталі процеси, що відбуваються в окремих вузлах і в двигуні в цілому. Для побудови математичної моделі обраний модульний принцип, який передбачає створення системи взаємопов'язаних і узгоджених між собою моделей вузлів і їх елементів.

Використовуваний підхід до моделювання двовимірнї течії в компресорі дозволяє оцінити значну кількість параметрів, що характеризують його роботу.

За допомогою представленого методу можна оцінити вплив зміни геометричних параметрів по висоті лопатки компресора на характеристики двигуна. Врахувати вплив змінного по режимам відбору повітря або перепуску в різних перетинах по тракту компресора, визначити вплив вхідної радіальної нерівномірності на параметри компресора і двигуна в цілому.

В якості апробації представленого методу виконано розрахунок термогазодинамічних параметрів і дросельної характеристики однокаскадного турбовального газотурбінного двигуна з 12-ти ступеневим осьовим компресором. Зіставлення результатів розрахунку з експериментальними даними показали задовільну збіжність. Так, середньоквадратичне відхилення результатів розрахунку від експериментальних даних становить 0,45 % для характеристики компресора, 0,4 % для потужності і 0,15 % для питомої витрати палива.     

Розробка і вдосконалення методів розрахунку параметрів і характеристик газотурбінних двигунів дозволяє підвищити якість проєктування і конкурентноздатність сучасних авіаційних двигунів

Біографії авторів

Людмила Георгіївна Бойко, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра теорії авіаційних двигунів

Вадим Анатолійович Даценко, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут»

Аспірант

Кафедра теорії авіаційних двигунів

Олександр Євгенійович Дьомін, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут»

Кандидат технічних наук

Кафедра теорії авіаційних двигунів

Наталія Володимирівна Піжанкова, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут»

Асистент

Кафедра теорії авіаційних двигунів

Посилання

  1. Kuz’michev, V. S., Ostapyuk, Y. A., Tkachenko, A. Y., Krupenich, I. N., Filinov, E. P. (2017). Comparative Analysis of the Computer-Aided Systems of Gas Turbine Engine Designing. International Journal of Mechanical Engineering and Robotics Research, 6 (1), 28–35. doi: https://doi.org/10.18178/ijmerr.6.1.28-35
  2. Khustochka, A. N., Kaliuzhnyi, I. A. (2010). Mathematical model of the turboshaft gas turbine AI-450M. Aerospace technic and technology, 8 (75), 99–102.
  3. Kurzke, J. (2011). Correlations Hidden in Compressor Maps. Volume 1: Aircraft Engine; Ceramics; Coal, Biomass and Alternative Fuels; Wind Turbine Technology. doi: https://doi.org/10.1115/gt2011-45519
  4. Tarasenko, A. A. (2009). Primenenie obobschennyh zavisimostey dlya postroeniya harakteristik kompressorov s pomosch'yu EVM. Aerospace technic and technology, 7 (64), 74–77.
  5. Panov, V. (2009). GasTurboLib: Simulink Library for Gas Turbine Engine Modelling. Volume 1: Aircraft Engine; Ceramics; Coal, Biomass and Alternative Fuels; Controls, Diagnostics and Instrumentation; Education; Electric Power; Awards and Honors. doi: https://doi.org/10.1115/gt2009-59389
  6. Alexiou, A., Baalbergen, E. H., Kogenhop, O., Mathioudakis, K., Arendsen, P. (2007). Advanced Capabilities for Gas Turbine Engine Performance Simulations. Volume 1: Turbo Expo 2007. doi: https://doi.org/10.1115/gt2007-27086
  7. Gurevich, O. S., Krasnov, S. E., Golberg, F. D., Smetanin, S. A. (2017). Study for the Effect of Inlet Flow Distortion on a Control Efficiency of Turbofan. 23rd International Symposium on Air Breathing Engines (ISABE 2017). Vol. 3. Manchester, 1976.
  8. Kurzke, J. (2014). An Enhanced Off-Design Performance Model for Single Stage Fans. Volume 1A: Aircraft Engine; Fans and Blowers. doi: https://doi.org/10.1115/gt2014-26449
  9. Klein, C., Wolters, F., Reitenbach, S., Schönweitz, D. (2018). Integration of 3D-CFD Component Simulation Into Overall Engine Performance Analysis for Engine Condition Monitoring Purposes. Volume 1: Aircraft Engine; Fans and Blowers; Marine. doi: https://doi.org/10.1115/gt2018-75719
  10. Pachidis, V., Pilidis, P., Talhouarn, F., Kalfas, A., Templalexis, I. (2004). A Fully Integrated Approach to Component Zooming Using Computational Fluid Dynamics. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 128 (3), 579–584. doi: https://doi.org/10.1115/1.2135815
  11. Kurzke, J. (2007). About Simplifications in Gas Turbine Performance Calculations. Volume 3: Turbo Expo 2007. doi: https://doi.org/10.1115/gt2007-27620
  12. Romanovsky, G. F., Tarasenko, A. A. (2011). Characteristics of compressors with air rerun devices usage with generalised dependance. Aerospace technic and technology, 9, 51–54.
  13. Boyko, L. G., Karpenko, E. L. (2007). Metod rascheta harakteristik turboval'nogo dvigatelya s poventsovym opisaniem mnogostupenchatogo osevogo kompressora. Vestnik dvigatelestroeniya, 3, 143–146.
  14. Boyko, L. G., Karpenko, E. L., Akhtemenko, U. F. (2013). Method of calculating GTE gas-thermodynamic parameters with blade row description of an axial multistage compressor. VESTNIK of the Samara State Aerospace University, 12 (3-2), 31–39. doi: https://doi.org/10.18287/1998-6629-2013-0-3-2(41)-31-39
  15. Shlyahtenko, S. M., Sosunov, V. A. (Eds.) (1979). Teoriya dvuhkonturnyh turboreaktivnyh dvigateley. Moscow: Mashinostroenie, 218.
  16. Nechaev, Yu. N., Fedorov, R. M., Kotovskiy, V. N., Polev, A. S.; Nechaev, Yu. N. (Ed.) (2006). Teoriya aviatsionnyh dvigateley. Ch. 1. Moscow: VVIA im. prof. N.E. Zhukovskogo, 366.
  17. Nechaev, Yu. N., Fedorov, R. M., Kotovskiy, V. N., Polev, A. S.; Nechaev, Yu. N. (Ed.) (2006). Teoriya aviatsionnyh dvigateley. Ch. 2. Moscow: VVIA im. prof. N.E. Zhukovskogo, 447.
  18. Boyko, L. G., Ershov, V. N., Girich, G. A., Yanevich, V. N. (1989). Metod rascheta dvumernogo techeniya v mnogostupenchatom osevom kompressore. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy, 5, 21–23.
  19. Yershov, V. N. (1971). Unstable Conditions of Turbodynamics. Rotating stall. U.S. Air Force Foreign Technology Division Translation. FTD-MT-24-04-71.
  20. Boyko, L. G., Datsenko, V. A., Pizhankova, N. V. (2019). Determination of the throttle performances of a turboshaft gte based on the method of mathematical modeling using one and two-dimensional approaches to the compressor parameters calculation. Aerospace technic and technology, 7, 21–30. doi: https://doi.org/10.32620/aktt.2019.7.03
  21. Turboval'niy dvigatel' TV3-117 (1986). Rukovodstvo po tekhnicheskoy ekspluatatsii. Kniga 3. Available at: https://tehclub.site/storage/products/07-20/turbovalnyy-dvigatel-tvz-117-rukovodstvo-po-tekhnicheskoy-ekspluatatsii.pdf

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-08-31

Як цитувати

Бойко, Л. Г., Даценко, В. А., Дьомін, О. Є., & Піжанкова, Н. В. (2021). Розробка методу розрахунку характеристик турбовального газотурбінного двигуна з повінцевим описом багатоступеневого компресора в двовимірній постановці. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(8(112), 59–66. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.238538

Номер

Том 4 № 8(112) (2021): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Ludmila Boyko, Vadym Datsenko, Aleksandr Dyomin, Nataliya Pizhankova

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.