Введение к работе
Актуальность. Математические модели широко применяются не только на стадии проектирования и доводки газотурбинных двигателей (ГТД), но и при их параметрической диагностике в процессе эксплуатации. Это обусловлено целым рядом особенностей - математическая модель ГТД представляет собой не только инструмент для определения параметров ГТД, но также является источником новых знаний о газотурбинном двигателе и позволяет заменить дорогостоящие и долгосрочные натурные испытания исследуемого двигателя численным экспериментом.
Однако наряду с ростом востребованности математических моделей для производственных и эксплуатационных целей, растут требования к их точности и диапазону применения. Математическая модель должна обладать достаточной степенью универсальности и вместе с тем иметь возможность адаптироваться к индивидуальным особенностям конкретного газотурбинного двигателю и максимально точно описывать его параметры.
Основная сложность в решении данной проблемы заключается в недостаточности измеряемых при стендовых испытаниях или эксплуатации параметров, идентифицирующих состояние исследуемого ГТД. Как следствие недостаточности измеряемых параметров затрудняется выявление конструктивных особенностей узлов, приводящих к отклонениям выходных параметров исследуемых газотурбинных двигателей.
Решение данной задачи представляет собой суть задачи идентификации математической модели ГТД. Известные методы идентификации математических моделей ГТД основаны на минимизации матрицы невязок между расчетными и экспериментальными значениями параметров с использованием метода наименьших квадратов. Однако при этом не учитывается взаимное влияние искомых параметров, что не обеспечивает удовлетворительную точность расчетов, а в ряде случаев решение приводит к нефизическим результатам, или же задача вовсе становится нерешаемой.
Разработка метода идентификации математических моделей газотурбинных двигателей, позволяющего учитывать взаимное влияние между искомыми параметрами является одним из путей, позволяющим физически более обоснованно адаптировать математическую модель к конкретному газотурбинному двигателю.
Цель работы. Разработка метода идентификации математических моделей авиационных газотурбинных двигателей и энергетических установок, создаваемых на их основе, позволяющего учитывать взаимное влияние искомых параметров при минимизации невязки между рассчитанными и измеренными значениями параметров, определяющими состояние газотурбинного двигателя.
Задачи исследования.
1. Разработка математической модели авиационного газотурбинного двигателя или энергетической установки, созданной на его базе.
-
Верификация разработанной математической модели по результатам испытаний исследуемой силовой установки в стендовых условиях.
-
Разработка алгоритма идентификации, позволяющего учитывать взаимное влияние искомых параметров газотурбинного двигателя при минимизации невязки между измеренными и рассчитанными величинами контролируемых (измеряемых) параметров.
-
Верификация разработанного метода идентификации математических моделей ГТД.
Научная новизна.
Предложен метод идентификации математических моделей газотурбинных двигателей, позволяющий при минимизации невязок между расчетными и экспериментальными значениями параметров учитывать взаимное влияние искомых параметров.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Математическая модель энергетической установки, созданной на базе авиационного двигателя.
-
Результаты расчетов по оценке погрешности математической модели.
-
Метод идентификации математических моделей авиационных газотурбинных двигателей или энергетических установок, созданных на их базе.
-
Результаты расчетов по оценке погрешности разработанного метода идентификации математических моделей авиационных газотурбинных двигателей или энергетических установок, созданных на их базе.
Практическая значимость. Разработанный метод идентификации математических моделей газотурбинных двигателей позволяет:
установить причину отклонений параметров, выявленных при испытаниях или эксплуатации газотурбинных двигателей;
проводить параметрическое диагностирование (оценивать техническое состояние) ГТД при ограниченном количестве измеряемых параметров.
Степень достоверности полученных результатов. Достоверность результатов расчетных исследований, разработанных методик подтверждается удовлетворительным согласованием расчетных данных с результатами натурных экспериментов.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на:
- VI и VII Международной научно - технической конференции Проблемы и
перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики «АНТЭ-
2011», Казань, 2011, «АНТЭ-2013», Казань, 2013;
- VI Международной научно-практической конференции «Авиационные и
ракетно-космические технологии», посвященной 80-летию Казанского
национального исследовательского технического университета им.А.Н.Ту
полева - КАИ, Казань, 2012;
- X всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов
«Новые технологии в газовой промышленности», Москва, РГУНГ
им.И.М.Губкина, 2013;
Ill и VI научно-практической конференции молодых ученых и специалистов ООО "Газпром трансгаз Казань", Казань, 2012, 2013;
научно-технической конференции, посвященной 80-летию ОАО «Казанское моторостроительное производственное объединение», Казань, 2011;
научных семинарах, проводимых на кафедре АДЭУ (КНИТУ им.А.Н.Туполева - КАИ).
Личный вклад автора. Автор непосредственно разработал математическую модель газотурбинной установки и провел расчетные исследования по оценке погрешности математической модели относительно результатов испытаний, проведенных в стендовых условиях. Автором разработан метод идентификации математических моделей газотурбинных двигателей и проведены расчетные исследования по оценке погрешности результатов, полученных разработанным методом.
Публикации. По теме диссертации опубликовано пять печатных работ, в том числе одна статья, опубликованная в издании, входящем в перечень ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованных источников, включающего 96 наименований. Диссертация изложена на 136 страницах машинописного текста, содержит 21 иллюстрацию, 31 таблицу. Общий объем работы - 145 листов.
