Особенности идентификации математической модели одновального энергетического газотурбинного двигателя

Авторы

  • A. L. Lyutikov ГП НПКГ «Зоря»-«Машпроект» (54018, Украина, г. Николаев, пр. Богоявленский, 42-А), Ukraine

Ключевые слова:

математическая модель, идентификация, ГТД, варьируемые параметры, контролируемые параметры, функция цели

Аннотация

Процессы проектирования и доводки газотурбинных двигателей (ГТД) базируются на использовании математических моделей (ММ), отражающих физическую картину процессов функционирования двигателя. Одним из путей повышения достоверности ММ является их идентификация по результатам стендовых испытаний двигателя. Идентификация ММ современных энергетических ГТД представляет собой весьма трудоемкую задачу. Это связано с необходимостью идентифицировать основные контролируемые параметры двигателя, которые определяются в ходе экспериментальных исследований и зависят от большого количества параметров, неконтролируемых в ходе эксперимента. В связи с этим актуальным направлением снижения трудоёмкости процесса идентификации ММ является применение программных комплексов идентификации. Разработанная Институтом проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного методология и средства идентификации параметров и характеристик энергетических установок по экспериментальным данным (программный комплекс Otpimum) позволяет вести направленный поиск оптимального решения на основе современных математических методов. Это, в свою очередь, приводит к сокращению времени выполнения идентификации, повышает адекватность ММ и позволяет более достоверно определять характеристики узлов двигателя. В статье предложен подход к идентификации нелинейной поузловой ММ, с детализацией расчета турбинного тракта до уровня лопаточных венцов, по результатам стендовых испытаний двигателя Д045. Описывается выбор варьируемых и контролируемых параметров, а также диапазоны их изменений. Результаты решения задачи идентификации показали возможность применения программного комплекса оптимизации и идентификации параметров и характеристик энергетических установок Optimum при идентификации ММ ГТД Д045. Применение разработанной методологии для идентификации ММ ГТД, основанной на результатах стендовых испытаний, позволяет учитывать максимальное число варьируемых переменных и значительно снизить трудоемкость и время этого процесса. Анализ результатов показывает, что при значительных отклонениях характеристик ГТД от проектных значений для решения задачи идентификации необходим большой объём априорной информации, на основании которой назначаются диапазоны изменения варьируемых и контролируемых параметров, а также их значения в первом приближении.

Библиографические ссылки

Shen, J., Masiulaniec, K. C., & Afjeh, A. A. (2006). Turbojet engine simulation using dymola. Collection of Technical Papers – AIAA/ASME/SAE/ASEE. 42nd Joint Propulsion Conf., vol. 6, pp. 4760–4774.

Gomes, K. J., Masiulaniec, K. C., Afjeh, A. A. (2009). Performance, usage, and turbofan transient simulation comparisons between three commercial simulation tools. J. Aircraft, vol. 46, iss. 2, pp. 699–704.

Traverso, A. (2005). TRANSEO code for the dynamic performance simulation of micro gas turbine cycles. ASME Turbo Expo, vol. 5, pp. 45–54.

Pilet, J., Lecordix, J., Garcia-Rosa, N., Barenes, R., & Lavergne, G. (2011). Towards a fully coupled component zooming approach in engine performance simulation. ASME Turbo Expo: Turbine Techn. Conf. and Exposition, vol. 1, pp. 287–299.

Kurzke, J. GasTurb 12. Design and Off-Design Performance of Gas Turbines [Electronic resource] / Available at: http://www.gasturb.de/manual.html.

GECAT [Electronic resource] / Available at: http://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/6.2000-3893.

GSP 11 User Manual [Electronic resource] / Available at: http://www.gspteam.com.

Morozov, S. A. (2003). Programmnyy kompleks GRAD – gazodinamicheskiye raschety aviatsionnykh dvigateley. Aviakosmicheskiye tekhnologii i oborudovaniye: Sb. dokl. nauch.-prakt. konf. [GRAD software package – gas-dynamic calculations of aircraft engines. Aerospace technology and equipment. Collected reports of the scientific-practical conference].Kazan:KazanState Technological University, pp. 190–196 [in Russian].

Tkachenko, A. Yu., Kuzmichev, V. S., Kulagin, V. V., Krupenich, I. N., & Rybakov, V. N. (2009). Avtomatizirovannaya sistema gazotermodinamicheskikh raschetov i analiza (ASTRA-4) gazoturbinnykh dvigateley i energeticheskikh ustanovok. Problemy i perspektivy razvitiya dvigatelestroyeniya: Mater. dokl. mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. [Automated system of gas-thermodynamic calculations and analysis (ASTRA-4) of gas-turbine engines and power plants. Problems and development prospects of engine-building. Proceedings of the international scientific-technical conference]. Samara:Samara State Aerospace University,Ch. 2, pp. 80–82 [in Russian].

Sinkevich, M. V. (1988). Sovershenstvovaniye metoda issledovaniya i dovodki gazodinamicheskikh kharakteristik sudovykh GTD na baze vysokoinformativnoy matematicheskoy modeli: Dis. ... kand. tekhn. nauk [Improving the method of research and development of the gas-dynamic characteristics of shipboard GTEs based on a highly informative mathematical model (Thesis for the candidate of science degree in engineering)].Nikolayev: Nikolayev Shipbuilding Institute [in Russian].

Pchelkin, Yu. M. (1984). Kamery sgoraniya gazoturbinnykh dvigateley [Combustion chambers of gas turbine engines].Moscow: Mashinostroyeniye, 280 p. [in Russian].

Chobenko, V. N., Paliyenko, R. V., & Lyutikov, A. L. (2013). Matematicheskaya model odnovalnogo GTD D045 [Mathematical model of a single-shaft D045 GTE]. Vostoch.-Evrop. zhurn. peredovykh tekhnologiy – Eastern-European Journal of Enterprize Technologies, vol. 3, no. 12 (63), pp. 18–21 [in Russian].

Tarelin, A. A., Annopolskaya, I. E., Antiptsev, Yu. P., & Parshin, V. V. (2012). Informatsionno-instrumentalnaya sistema dlya resheniya zadach optimizatsii i identifikatsii pri proyektirovanii i dovodke energeticheskikh ustanovok [Information-instrumental system for solving optimization and identification problems in the design and development of power plants]. Vіsn. nats. tekhn. un-tu 'KhPI' − Bulletin of the NTU 'KhPI', no. 8, pp. 17–25 [in Russian].

Загрузки

Опубликован

2019-01-15

Выпуск

Том 21 № 4 (2018)

Раздел

Высокие технологии в машиностроении

Лицензия

Copyright (c) 2019 A. L. Lyutikov

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NoDerivatives» («Атрибуция — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в этом  журнале, соглашаются со следующими условиями:

  • Авторы оставляют за собой право на авторство своей работы и передают журналу право первой публикации этой работы на условиях лицензионного  договора (соглашения).
  • Авторы имеют право заключать самостоятельно дополнительные договора (соглашения) о неэксклюзивном распространении работы в том виде, в котором она была опубликована этим журналом (например, размещать работу в электронном хранилище учреждения или публиковать в составе монографии), при условии сохранения ссылки на первую публикацию работы в этом журнале.
  • Политика журнала позволяет размещение авторами в сети Интернет (например, в хранилищах учреждения или на персональных веб-сайтах) рукописи работы, как до подачи этой рукописи в редакцию, так и во время ее редакционной обработки, поскольку это способствует возникновению продуктивной научной дискуссии и позитивно отражается на оперативности и динамике цитирования опубликованной работы (см. The Effect of Open Access).