Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ проблемы исследования. постановка цели и задач 10
1.1 Автоматизация испытаний авиационных ГТД в серийном производстве 10
1.2 Анализ специализированных систем контроля испытаний 15
1.2.1 Система комплексной автоматизации стендовых испытаний сложных изделий транспортного и энергетического машиностроения, ЦИАМ 15
1.2.2 Автоматизированная система контроля испытаний газотурбинных двигателей, НПО «Сатурн» 18
1.2.2.1 Автоматизированная система контроля испытаний газотурбинных двигателей, разработанная с участием компании НГШ «МЕРА» 19
1.2.2.2 Автоматизированная система контроля испытаний газотурбинных двигателей, разработанная с участием компании MDS Aero Support 23
1.2.3 Автоматизированная система контроля испытаний газотурбинных двигателей ОАО«УМПО» 26
1.2.4 Испытательные стенды MDS Aero Support 27
1.2.5 Автоматизированная измерительно-информационная система для эксплуатации и контроля машинного оборудования и агрегатов (АИИС-Д).34
1.2.6 Автоматизированная система управления процессом испытаний ГТД на стендах ОКБ, серийных и ремонтных заводах (123 АРЗ) 36
1.2.7 Автоматизированный регистратор параметров переносной АРПП, ОАО «Мотор Сич» 38
1.2.8 Автоматизированная система испытаний ремонтных двигателей АСИ-РД 39
1.2.9 Испытательные стенды ОАО «Климов» 40
1.2.10 SCAD А-система Lab VIEW как средство автоматизации испытаний 41
1.2.11 Анализ вышеперечисленных систем 44
1.3 Анализ систем моделирования работы авиационных двигателей 45
1.3.1 GASTURB/Германия/ 45
1.3.2 GECAT/США/ 46
1.3.3 The Java Gas Turbine Simulator (JGTS) /США/ 47
1.3.4 Программный комплекс ГРАД/Россия, Казань/ 49
1.3.5 Программный комплекс GSP /Нидерланды/ 50
1.3.6 Программный комплекс АСТРА/Россия, Самара/ 51
1.3.7 Комплексный математический стенд «Двигатель-САУ» /Россия, ЦИАМ/ 52
1.4 Анализ работ по проблемам испытаний, создания моделей двигателя вместе с его автоматики и идентификации авиационных двигателей 54
1.5 Постановка цели и задач исследования 61
Глава 2. Моделирование переходных процессов ТРДДФ для отладки форсажных режимов при приёмосдаточных испытаниях в серийном производстве 63
2.1 Особенности системы моделирования DVIGwp 63
2.2 Моделирование САУ ТРДДФ в СИМ DVIG OTLADKA (создание системы) 67
2.3 Поэлементное моделирование топливной автоматики и узлов двигателя 78
2.4 СИМ DVIG OTLADKA для моделирования переходных процессов происходящих при отладке ТРДДФ 103
2.5 Методика отладки автоматики с использованием СИМ DVIG OTLADKA 114
2.6 Методика, интегрированная в ПСИ 119
2.7 Алгоритм «информационной технологии отладки» системы управления включения форсажа в ТРДДФ 122
2.8 Физические основы процессов включения форсажа 127
Глава 3. Получение индивидульнои модели двигателя в СИМ DVTG OTLADKA 147
3.1 Получение индивидуальной модели двигателя на установившихся и неустановившихся режимах работы 147
3.2 Методика получения индивидуальной модели двигателя 150
Глава 4. Проверка адекватности разработанной системы 161
4.1 Расчёт переходного процесса «М-МФ-ПФ» 161
4.2 Расчёт переходного процесса М-ДР-М, моделирование отключения охлаждения турбины 162
4.3 Влияние инерционности на переходный процесс 164
4.4 Моделирование работы системы ликвидации помпажа 171
4.5 Моделирование переходного процесса М-ПФ, сравнение с экспериментальными данными 173
4.6 Пример отладки двигателя при ПСИ 175
Основные выводы и результаты работы 182
Список использованной литературы 184
Приложения 195
- Анализ специализированных систем контроля испытаний
- Моделирование САУ ТРДДФ в СИМ DVIG OTLADKA (создание системы)
- Методика получения индивидуальной модели двигателя
- Расчёт переходного процесса М-ДР-М, моделирование отключения охлаждения турбины
Введение к работе
Актуальность работы. В серийном производстве после изготовления и сборки турбореактивных двухконтурных двигателей с форсажной камерой (ТРДДФ) предусмотрена их отладка под конкретные нормированные параметры. Необходимость отладки возникает вследствие того, что каждая деталь (а, следовательно, и узел) двигателя имеет свой технологический допуск при изготовлении и свои индивидуальные характеристики, поэтому в серийном производстве наблюдается разброс основных параметров двигателя, превышающий нормы годности. Отладка авиационных газотурбинных двигателей при приемо-сдаточных испытаниях (ПСИ) чаще всего сводится к регулировке системы автоматического управления (САУ) при испытаниях для того, чтобы их основные параметры на соответствующих режимах находились в пределах заданных норм путём целенаправленного воздействия на специально предусмотренные для этого регулировочные элементы САУ двигателя.
В частности, при ПСИ двигателей семейства АЛ-31Ф после отладки основного контура отлаживается автоматика форсажного контура и автоматика компрессора. При отладке двигателя в процессе ПСИ в серийном производстве затрачиваются существенные временные и энергетические ресурсы.
Процесс испытания двигателя состоит из двух групп работ: производимых на неработающем изделии (монтаж, осмотры, перемонтаж систем, демонтаж, регулировки САУ и т. п.), и связанных со сжиганием топлива (газовая наработка изделия).
При работах, связанных со сжиганием топлива (т.е. непосредственно при испытаниях), необходимо управлять двигателем и фиксировать результаты испытаний. На ряде современных двигателестроительных предприятий на стадии газовой наработки используются различные автоматизированные системы контроля испытаний (АСКИ).
Работы, выполняемые на остановленном изделии, также должны быть максимально охвачены автоматизированным контролем, поскольку качественная подготовка двигателя к запуску - залог успешного функционирования работающего двигателя. В настоящее время в серийном производстве именно эта стадия остаётся неавтоматизированной, все настройки производятся без гарантированного попадания параметров двигателя в поле допуска. С этим связано большинство проблем и задержек при испытаниях.
Один из возможных путей повышения эффективности отладки двигателя при ПСИ - это создание имитационной модели (ИМ) двигателя и его автоматики, идентификация модели по результатам предшествующих испытаний, проведение отладки на модели и отладка двигателя по рекомендациям, выданным программой. Также немаловажным моментом является интеграция ИМ двигателя в процесс испытаний.
Объектом исследования в данной работе являлись двигатели семейства АЛ-31Ф (АЛ-31Ф, АЛ-31ФП, изделия «117С» и «117»).
Цель и задачи исследования
Целью работы является разработка методов и средств для повышения эффективности отладки форсажных режимов ТРДДФ при приёмосдаточных испытаниях в серийном производстве.
Под эффективностью отладки понимается сокращение времени и затрачиваемых ресурсов при испытаниях.
Исходя из цели работы, для её реализации были решены следующие задачи:
1. Разработка системы моделирования DVIG_OTLADKA,
интегрированной в АСКИ, позволяющей моделировать ТРДДФ (и другие
типы авиационных двигателей) с элементами систем управления,
исследовать различные переходные процессы, автоматизировать отладку и
выдавать рекомендации для настройки и регулировки автоматики каждого
двигателя при ПСИ.
Разработка компьютеризованной методики отладки автоматики ТРДДФ по результатам предшествующих испытаний, интегрированной в ПСИ в серийном производстве.
Разработка методики получения индивидуальной ИМ ТРДДФ и его автоматики в разработанной системе DVIG_OTLADKA по результатам испытаний.
Разработка алгоритмов для моделирования элементов систем автоматики двигателя (система отключения охлаждения турбины, противопомпажная система, система розжига, система подачи топлива, система управления реактивным соплом и т.д.) и доработка алгоритмов основных узлов ТРДДФ.
5. Экспериментальная проверка эффективности разработанных
методик и системы моделирования DVIG_OTLADKA на примере отладки
ТРДДФ (АЛ-31Ф, АЛ-31ФП).
Научная новизна
Новыми научными результатами, полученными в работе, являются разработанные методики и система имитационного моделирования (СИМ) переходных процессов ТРДДФ и его автоматики для отладки форсажных режимов при ПСИ в серийном производстве:
1. Система моделирования DVIG_OTLADKA (свидетельство
Роспатента № 2009610324), интегрированная в АСКИ, позволяющая
моделировать ТРДДФ (и другие типы авиационных двигателей) с
элементами систем управления, исследовать различные переходные
процессы, автоматизировать отладку и выдавать рекомендации для
настройки и регулировки автоматики каждого двигателя при ПСИ в
серийном производстве.
2. ИМ элементов автоматики двигателя (система розжига, система
подачи топлива, система управления реактивным соплом и т.д.), в отличие
от существующих позволяющие моделировать, исследовать и
прогнозировать различные переходные процессы, происходящие в ТРДДФ
и в его автоматике при отладке форсажных режимов с возможностью учёта динамических факторов.
Для получения индивидуальной модели двигателя по результатам предшествующих испытаний и проведения расчётов совместно с автоматикой двигателя доработаны алгоритмы расчёта основных узлов ТРДДФ (камеры сгорания, форсажной камеры, компрессора, турбины и т.д.).
3. Впервые разработана и экспериментально проверена методика
получения индивидуальной модели ТРДДФ и его автоматики в
разработанной системе DVIG_OTLADKA по результатам предшествующих
испытаний.
4. Впервые разработана и экспериментально проверена
компьютеризованная методика отладки автоматики ТРДДФ.
Практическая ценность. Результаты исследований и разработанная система имитационного моделирования работы авиационных ГТД DVIG_OTLADKA, интегрированная в АСКИ, внедрены в промышленность (ОАО «УМПО», Уфа; ОАО «НПП «Мотор», Уфа) и в учебный процесс (ГОУ ВПО УГАТУ, Уфа).
Разработанные методики и система имеют практическую ценность, а именно позволяют:
- повысить эффективность (сократить время и затрачиваемые
ресурсы) отладки динамических процессов при испытаниях с
использованием компьютерных технологий в серийном производстве;
проводить анализ эффективности отладки основного контура до начала ПСИ, уменьшить влияние субъективного фактора при испытаниях;
моделировать двигатель совместно с его автоматикой, детально исследовать переходные процессы, происходящие в двигателе при включении и изменении форсажных режимов.
Методы исследования. При выполнении работы использованы следующие методы и способы исследования:
- теория рабочих процессов и испытаний авиационных ГТД и теория
автоматического управления;
- системный анализ и объектно-ориентированный подход при
моделировании сложных процессов и изделий, методы математического
моделирования сложных динамических систем;
- численные методы решения систем уравнений. На защиту выносится:
СИМ DVIG_OTLADKA, интегрированная в АСКИ, позволяющая моделировать ТРДДФ (и другие типы авиационных двигателей) с элементами систем управления, исследовать различные переходные процессы, автоматизировать отладку и выдавать рекомендации для настройки и регулировки автоматики каждого двигателя при ПСИ в серийном производстве.
Компьютеризованная методика отладки автоматики ТРДДФ по результатам предшествующих испытаний, интегрированная в ПСИ в серийном производстве.
3. Методика получения индивидуальной ИМ ТРДДФ и его
автоматики в системе DVIG_ OTLADKA по результатам испытаний.
4. Алгоритмы для моделирования элементов автоматики двигателя
(противопомпажная система, система розжига, система подачи топлива,
система управления реактивным соплом и т.д.).
5. Результаты отладки ТРДДФ (АЛ-31Ф, АЛ-31ФП) при ПСИ
в серийном производстве в СИМ DVIG_OTLADKA.
Обоснованность и достоверность результатов исследования. Достоверность научных положений, результатов и выводов, содержащихся в диссертационной работе, основывается на:
корректном использовании фундаментальных уравнений теории рабочих процессов авиационных двигателей и теории автоматического управления;
использовании признанных научных положений, апробированных методов и средств исследования, применении математического аппарата, отвечающего современному уровню;
сопоставлении расчётных данных с экспериментальными, решении большого числа тестовых задач.
Внедрение. Результаты работы внедрены в ОАО «УМПО», в ОАО «НПП «Мотор» и в учебный процесс ГОУ ВПО УГАТУ.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на: Всероссийской НТК «Проблемы современного энергомашиностроения» (Уфа, 2004); XI ВНТК «Информационные технологии в науке, проектировании и производстве» (Нижний Новгород, 2004); НТК «Рабочие процессы и технологии двигателей» (КГТУ, Казань, 2005); НТК «Современные проблемы расчета, проектирования и производства AT», (Уфа, 2006); Международной НТК «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (Самара, 2006 и 2009); IX Всероссийской НТК «Аэрокосмическая техника и высокие технологии» (ПГТУ, Пермь, 2006 и 2007); НТК «Зимняя школа аспирантов» (УГАТУ-«УМПО», Уфа, 2007 и 2009); Третьей НТК молодых специалистов, инженеров и техников (ОАО «УМПО», Уфа, 2007); Всероссийской НТК «Мавлютовские чтения» (УГАТУ, Уфа, 2007, 2008 и 2009).
Публикации. По результатам выполненных исследований и разработок опубликовано 38 работ, в том числе 9 публикаций в центральных рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ. Получены 2 свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ Роспатента РФ на СИМ DVIG_OTLADKA (свидетельство № 2009610324), STUPENY (свидетельство № 2006610257), подана заявка на патент «Устройство и способ (варианты) для стабилизации пламени в форсажной камере турбореактивного двигателя».
Структура и объем работы. Диссертация состоит из четырёх глав, основных выводов, списка литературы и приложения. Содержит 234 страницы машинописного текста, включающего 122 рисунка, 13 таблиц, библиографический список из 92 наименований, 3 приложения.
Анализ специализированных систем контроля испытаний
Система предназначена для проведения испытаний разнообразных авиационных двигателей и их узлов, автомобильных двигателей внутреннего сгорания и других сложных изделий машиностроения [72].
Автоматизированная система позволяет осуществлять в реальном времени: измерение и регистрацию всех необходимых контролируемых параметров; обработку принимаемой информации и анализ результатов; управление режимами работы технологических систем стенда и испытываемого изделия; представление на экране компьютера в разнообразных формах экспериментальной информации и расчетных результатов.
Система может функционировать с различными типами аппаратного обеспечения. В настоящее время система эксплуатируется с техническими средствами фирм Л-КАРД (Россия), Hewlett Packard (США), National
Instruments (США) (плата DAQ1200). По желанию заказчика система может быть адаптирована к другим аппаратным средствам.
Номенклатура и количество модулей ввода/вывода входящих в состав аппаратного обеспечения, определяется конкретной задачей, решаемой во время проведения испытаний.
Система позволяет производить измерения: давлений газа и жидкости, температур в различных средах в широком диапазоне, скоростей и частот вращения; перемещений, усилий, крутящих моментов; расходов газа и жидкости; сопротивлений, дискретных сигналов от контактных датчиков. Система позволяет принимать результаты измерений в виде аналоговых, цифровых, релейных и частотных сигналов и выдавать управляющие воздействия в виде аналоговых и цифровых сигналов.
Решаемые задачи. Пакет программного обеспечения позволяет решать следующие задачи: управлять сбором данных, поступающих с различных первичных преобразователей, и выдавать управляющие сигналы; проверять и оценивать работоспособность измерительной подсистемы стенда перед проведением испытаний; проводить градуировку измерительных каналов; учитывать температуры холодных спаев термопар; проводить обработку получаемых данных во время проведения испытаний; формировать отображение параметров на экране дисплея в различных представлениях (в форме таблиц, графических зависимостей, в виде гистограмм, стрелочных приборов и т.д.); отображать сформированные изображения, изображение двигателя и его функциональных узлов, с помощью любого графического редактора; получать протоколы после проведения испытаний; проводить послеэкспериментальную обработку; проводить регистрацию результатов испытаний в базу данных; проводить метрологическую аттестацию измерительных каналов; проводить сетевую поддержку с другими компьютерами.
Функции программного обеспечения во время проведения испытаний. Программное обеспечение в реальном времени осуществляет: циклический опрос данных с различной задаваемой частотой; контроль получаемой информации; анализ и отбраковку результатов измерений и вычислений; расчет результатов по алгоритмам пользователя; выдачу управляющих воздействий; отображение любых, ранее подготовленных пользователем, изображений; отображение необходимых результатов испытаний в подготовленном пользователем виде (таблицы, графики, гистограммы, стрелочные приборы и т.п.) в любой части экрана дисплея и любых размеров; оперативное изменение частоты опроса и времени регистрации; оперативный выбор необходимых параметров для регистрации и отображения; автоматический учет нулевых значений выбранных параметров; регистрацию контрольных параметров при статических и динамических режимах испытываемых объектов в базу данных; непрерывную регистрацию выбранных параметров в базу данных в течение всего цикла испытаний исследуемого объекта (мониторинг проведения испытаний); осцилографирование получаемых данных; передача данных по сети (если это необходимо).
Хранение результатов испытаний. Результаты испытаний хранятся в базе данных и в любой момент могут быть найдены и обработаны по требуемым алгоритмам. Реализована возможность передачи информации из базы данных в программу Excel для просмотра и обработки полученных данных, а также получение результатов экспериментальных данных в виде отдельных файлов.
Послеэкспериментальная обработка. После проведения испытаний программное обеспечение позволяет производить подробный анализ полученных результатов, который включает в себя: поиск необходимой информации в базе данных; просмотр и протоколирование результатов испытаний; получение графических зависимостей зарегистрированных параметров; просмотр графических зависимостей, как всего процесса, так и его части в подробном (увеличенном) виде; послеэкспериментальная обработка полученных результатов по алгоритмам пользователя; удаление ненужных результатов из базы данных.
ПО легко адаптируется к конкретным типам испытываемых двигателей и программам испытаний, благодаря модульной архитектуре и унифицированному интерфейсу между пользователем и разработанным пакетом программного обеспечения.
ПО может быть легко адаптировано к любому комплексу технических средств, обеспечивающему сбор информации с датчиков, и выдачу управляющих сигналов. Кроме того, ПО может использоваться как обычная SCADA-система, получающая исходную информацию от любого источника (например, с другого компьютера или сервера).
Моделирование САУ ТРДДФ в СИМ DVIG OTLADKA (создание системы)
Одной из важнейших и сложнейших проблем современных ТРД с форсажными камерами (ТРДФ, ТРДДФ и ТРДДФсм) является проблема надёжного запуска форсажных камер сгорания и устойчивого выхода на форсажные режимы в различных климатических условиях на всех режимах полета с обеспечением ряда ограничений (времени включения/выключения, забросов и колебаний параметров двигателя и т.п.). В серийном производстве эти требования обеспечиваются отладкой при испытаниях. В связи с этим вопросы исследования и моделирования переходных процессов в ТРДДФсм (рисунок 2.5) являются актуальными, результаты могут использоваться как при проектировании ГТД и его САУ, так и при доводке [19].
Схема ТРДДФсм Форсирование тяги двигателя путем дожигания топлива в ФК обусловливает ряд особенностей протекания динамических процессов в двигателе, определяемых взаимодействием форсажного контура с основным. Процесс перехода двигателя с М на ПФ или МФ включает управление следующими согласованными во времени процессами: увеличением площади сечения сопла FCKp = f(t), подачей топлива в форсажные коллекторы и повышением давления топлива перед форсунками Рт = J{t), включением зажигания и розжигом ФК. Сам переходный процесс сопровождается некоторым, тщательно контролируемым, изменением частот вращения роторов и температуры газа за турбиной (то есть в процессе включения ФК изменяются параметры газа на входе в форсажную камеру, изменяется режим работы газогенератора). Эти ограничения обеспечиваются настройками во время отладки при приемо-сдаточных испытаниях двигателя.
Под отладкой параметров ГТД [17] понимается регулировка и получение при испытаниях его основных параметров на соответствующих режимах в пределах заданных норм путем целенаправленного воздействия на специально предусмотренные для этого РЭ САУ двигателя.
Особенности отладки ТРДДФ связаны с необходимостью настройки работы основного и форсажного контуров двигателя [1, 17]. Отладка форсажной камеры выполняется при окончательно отлаженном основном контуре. При отладке двигателя в ходе ПСИ в серийном производстве затрачиваются существенные временные, человеческие и энергетические ресурсы.
Общая наработка при отладке одного ТРДДФ (семейства АЛ-31Ф) при ПСИ, как уже упоминалось, составляет 5-8 часов, при этом наработка на М и на Ф составляет около одного часа. Общее количество запусков при отладке автоматики форсажного контура - около 20-ти. В общем случае время отладки автоматики форсажного контура в серийном производстве составляет около двух суток. С учётом того, что общий ресурс двигателя (семейства АЛ-31Ф) составляет порядка 2 000 часов, а на форсажных режимах двигатель работает всего 10 % от общего ресурса, такая «преднулевая» наработка является существенной затратой времени (2 суток), топлива, и ресурса (1 час форсажных режимов из 200 часов).
Один из возможных путей повышения эффективности отладки двигателя при ПСИ - это создание математической (имитационной) модели двигателя и его автоматики, идентификация математической модели по результатам предшествующих испытаний, проведение отладки на математической модели и отладка двигателя по рекомендациям программы.
Для проведения расчётов переходных процессов происходящих при включении форсажа, в Frame Work САМСТО на базе разработанной на кафедре АД УГАТУ СИМ DVIGwp, автором была создана СИМ DVIG_OTLADKA и получено свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ (приложение А, [34]).
СИМ DVIG_OTLADKA включает в себя интегральный модуль автоматики двигателя, позволяющий моделировать отладку двигателя при ПСИ в серийном производстве.
Особенности моделирования автоматики Проблемы, возникающие при моделировании автоматики форсажного контура ТРДДФ: 1) сложность системы - каналы управления чрезвычайно разветвлены и разнообразны; 2) сложность геометрии — невозможность математически описать геометрию управляемого PC в каждый момент времени и соответственно найти значение площади поперечного сечения сопла. Поскольку каждая створка выполнена со своими геометрическими размерами, изменение зазоров между створками трудно прогнозировать, в соответствии с этим изменяются такие важные характеристики выходного устройства, как коэффициент восстановления полного давления и коэффициент расхода сопла. В переходном процессе площадь критического сечения сопла вообще никак не контролируется; 3) погрешности в работе автоматики — автоматика, регулирующая сопло (регулятор 7tT), ГЦ, приводящие створки сопла и т.д. имеют свою инерционность, свои индивидуальные характеристики, следовательно, погрешности регулирования неизбежны; 4) сложность описания - невозможно создать равномерное распределение топлива по сечению ФК в силу индивидуальных особенностей коллекторов и форсунок, различной пропускной способности, инерционности, а также значительной неравномерности потока газа на входе в ФК. Все эти индивидуальные особенности каждого двигателя могут вызвать неустойчивое горение. При неустойчивом процессе горения в ФК может возникнуть вибрационное горение, которое может привести к разрушению двигателя; 5) сложность взаимного влияния - влияние на основной контур процесса включения форсажа в силу неточности работы автоматики, значительно ухудшает условия его работы; 6) значительная неравномерность потока на входе в форсажную камеру (изменяет и без того сложные характеристики ФК и PC); 7) сложность самого процесса горения, розжига. Процесс горения — наиболее сложный процесс в авиационном двигателе.
Методика получения индивидуальной модели двигателя
Для идентификации ИМ двигателей в СИМ DVIGOTLADKA для отладки автоматики форсажного контура при приёмно-сдаточных испытаниях в серийном производстве предложена следующая методика.
Непосредственно измеренные и обработанные АСКИ в процессе испытаний данные (на режиме М) передаются в СИМ DVIG_OTLADKA при помощи специально структурированного файла обмена. Все эти данные можно разделить на два вида: входные для СЭ (например, параметры окружающей атмосферы, расход воздуха, частоты вращения роторов, степень повышения давления компрессоров и т.д.) и выходные для СЭ (например, тяга, удельный расход топлива, температура газов за турбиной низкого давления и т.д.). Входные данные напрямую присваиваются на вход соответствующих СЭ (например, расход воздуха — входное устройство, частота вращения — компрессора и т.д.). Выходные параметры подбираются за счёт изменения других входных для СЭ параметров — варьируемых (КПД компрессоров, коэффициент полноты сгорания ОКС и ФК, коэффициент восстановления полного давления ОКС и ФК и т.д.) [9].
Схема методики идентификации ИМ двигателя в СИМ DVIGOTLADKA состоит из пяти этапов и приведена на рисунке 3.1.
На первом этапе данные с испытаний на режиме М передаются на вход соответствующих СЭ (тн\ Рн; GB; п ; пта; пша; %вд; т; т г; пъщ; я ; токс по удельному расходу топлива) в модель двигателя, настроенного на среднестатистические параметры двигателя (рисунок 2.17). При этом должны выполняться условия моделирования, приведённые в таблице 8. В них варьируемые параметры подбираются таким образом, чтобы поддерживаемые параметры всегда были равны 1. Поддерживаемые параметры - специально введённые в СЭ параметры, равные отношению самой выходной величине, к величине, пришедшей из файла обмена. Точность расчёта каждого поддерживаемого параметра устанавливается отдельно (рисунок 2.3). случае превышения (или занижения) варьируемыми величинами определённых значений (установленных для каждого СЭ по результатам статистического анализа серийно изготавливаемых двигателей), система выдаёт сообщение об ошибке. Идентификацию следует проводить при других (варьируемых) значениях следующих величин: автоматически в ходе идентификации, они названы «свободными»). Значения всех варьируемых параметров записывается в специальный файл, из которого эти значения присваиваются на вход соответствующих СЭ на втором этапе.
Второй этап рассчитывается без условия расчёта. Он необходим только для того, чтобы соответствующие СЭ получили подобранные на этапе I варьируемые данные. После успешного окончания второго этапа -получается ИМ двигателя, идентифицированная на режиме М [12].
Расчёт переходного процесса М-ДР-М, моделирование отключения охлаждения турбины
В СИМ DVIG_OTLADKA на индивидуальной модели двигателя АЛ-31Ф проведён расчёт переходного процесса М-ДР-М. Двигатель находился на режиме М, на первой секунде расчёта, угол установки РУД был переведён в положение дроссельного режима (аруд =60). Автоматика отреагировала на изменение режима работы двигателя и уменьшила расход топлива в ОКС, частоты вращения роторов двигателя начали снижаться. Вместе со снижением частоты вращения двигателя, увеличилась площадь критического сечения PC («сброс» на рисунке 4.3).
Как только все контролируемые параметры двигателя достигли значений, при которых отключается охлаждение турбины, доля воздуха, поступающая на охлаждение турбины уменьшилась (рисунок 4.4). На пятой секунде расчёта угол установки РУД переведён в исходное положение, соответствующее режиму М (аруд = 670). Доля воздуха, поступающего на охлаждение турбины увеличилась, параметры двигателя вернулись к исходным значениям (рисунок 4.4). В модуле «Регулятор» в СИМ DVIGOTLADKA существует возможность учитывать при расчётах переходных процессов различные инерционности автоматики, датчиков, качающих узлов, коллекторов, ГЦ PC (глава 2, уравнение 1). Одним из важнейших датчиков, от правильной работы которого зависит адекватное регулирование и управление двигателя, является термопара, установленная за ТНД. По показаниям данного датчика осуществляется один из законов регулирования Gr = f(apyjl,T B,TJ) (КРД на канале РТГ). Обычно на двигателе устанавливают восемь термопар (равномерно по окружности на корпусе смесителя). Для увеличения скорости реагирования автоматики на показания данных термопар, устанавливают блок (корректирующее звено), компенсирующий инерционность термопар (по скорости нарастания темературы, измеренной термопарой; корректор температуры — для приведения показаний температуры к соответствующим единым значениям). Автоматика двигателя (КРД) реагирует на изменение компенсированной температуры. . На рисунках 4.5 - 4.7 приведено сравнение рассчитанных значений температур газа за турбиной в режиме М-ПФ, рассчитанной температуры с учётом инерционности термопары, рассчитанной температуры с учётом компенсации инерционности термопары. Показана возможность варьирования значениями постоянной времени компенсации инерционности термопары для лучшего описания процессов происходящих в двигателе (при этом различаются сами переходные процессы, т.к. управление производится по показаниям скомпенсированной температуры). На пятом этапе получения индивидуальной модели (глава 3) также можно настраивать значения измерений температуры без компенсирующего звена. Инерционность подачи форсажного топлива На рисунках 4.8 - 4.10 приведены результаты расчёта переходного процесса М-ПФ с различными настройками автоматики форсажной камеры подающей топливо. На рисунке 4.8 приведён расчёт со среднестатистическими настройками автоматики. Время выхода на ПФ составило 2,89 с (при норме на двигатель 3 с).
Похожие диссертации на Повышение эффективности процесса отладки форсажных режимов при испытаниях ТРДДФ
