Контроль технического состояния авиационного газотурбинного двигателя в эксплуатации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.05, кандидат наук Ахмед Хирш Салим Ахмед

• Ахмед Хирш Салим Ахмед
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Ахмед Хирш Салим Ахмед

Введение

Глава 1 Современное состояния исследуемого вопроса

и постановка цели и задач исследования

1.1 Методы технического диагностирования по изменению

параметров динамических процессов

1.2 Методы диагностирования по термогазодинамическим параметрам

1.3 Применение математических моделей авиационных ГТД

для диагностики по термогазодинамическим параметрам

1.3.1 Требования, предъявляемые к математическим моделям

1.3.2 Классификация математических моделей

1.3.3 Получения линейных математических моделей

1.3.4 Многорежимные нелинейные модели

1.4 Математические модели ГТД и диагностика

1.4.1 Требования к математическим моделям ГТД

с точки зрения диагностики

1.4.2 Выбор базовой математической модели

1.4.3 Краткое описание математической модели

1.5 Системы и методы контроля состояния

1.6 Методы и алгоритмы диагностики

1.7 Цель и задачи исследования

1.8 Выводы по 1 главе

Глава 2 Используемый метод идентификации

2.1 Метод гребневых оценок

2.2 Усовершенствование метода идентификации

2.3 Погрешности и контроль измерений

2.3.1 Погрешности и веса измерений

2.3.2 Контроль результатов измерений

2.4 Алгоритм программы идентификации

2.5 Выводы по 2 главе

Глава 3 Алгоритм контроля и диагностики состояния ГТД

3.1 Принципы диагностики

3.2 Теоретические основы алгоритма контроля

и диагностики состояния ГТД

3.3 Подготовка исходной информации для контроля и диагностики

3.3.1 Модуль идентификации

3.3.2 Модуль аппроксимаций и контроля характеристик

компрессоров и турбин

3.3.3 Модуль расчета дроссельных характеристик

3.3.4 Модуль коэффициентов влияния

3.4 Блок контроля методики расчетов

3.5 Блок диагностики методики расчетов

3.5.1 Определение одиночных дефектов

3.5.2 Определение кратных дефектов

3.5.3 Особенности определения труднораспознаваемых дефектов

3.5.4 Выбор критериев эффективности алгоритма контроля

и диагностики

3.5.5 Модуль стохастическая модель

3.6 Диагностика с использованием нелинейной математической

модели ГТД

3.6.1 Выбор варьируемых параметров

3.6.2 Назначение границ варьируемых параметров

3.6.3 Определение погрешностей и контроль измерений

3.6.3.1 Определение погрешностей и весов измерения

3.6.3.2 Контроль результатов измерений

3.6.3.3 Определение весов режимов

3.6.4 Методика использования программной системы

при стендовых испытаниях ГТД

3.7 Выводы по 3 главе

Глава 4 Алгоритм контроля и диагностика состояния ТРД

Т1-100Л-7 по линейной и нелинейной математическим

моделям по стендовым испытаниям

4.1 Постановка задачи тестирования диагностики ТРД ^-100Л-7

4.2 Тестирований алгоритма диагностики по линейной

и нелинейной модели со сменными соплами

4.3 Тестирование алгоритма диагностики ТРД Т1-100Л-7

4.3.1 Имитация и определение одиночных дефектов ТРД Т1-100Л-7

4.3.2 Имитация и определение двойных дефектов ТРД Т1-100Л-7

4.3.3. Имитация и определение тройных дефектов ТРД Т1-100Л-7

4.4 Исследование влияния различных факторов на эффективность

диагностики ТРД ТМ00Л-7

4.4.1 Влияние погрешностей измерения контролируемых

параметров ТРД ТМ00Л-7

4.4.2 Влияние информативности контролируемых

параметров ТРД ТМ00Л-7

4.5 Выводы по 4 главе

Заключение

Список использованных источников информации

Приложение

Приложение №

Приложение №

Приложение №

Приложение №

Приложение №

Приложение №

Основные условные обозначения, индексы и сокращения Условные обозначения:

А - матрица;

А-1 - обратная матрица;

С - удельная теплоемкость, скорость в м/с, различные коэффициенты;

СУд - удельный расход топлива;

й - диаметр, коэффициент влияния;

F - площадь проходного сечения, функция;

р1 - критерий Фишера;

f - функция, число степеней свободы;

в - массовый расход воздуха или газа;

Ст - массовый расход топлива в кг/ч;

/ - номер варьируемого или измеряемого параметра;

У - номер измеряемого параметра;

К - коэффициенты, номер параметра;

М - число маха;

т. - число компонент различных векторов; N - мощность или номер;

п - частота вращения, об/мин, %, мин.-1, число переменных; р - доверительная вероятность, вес измеряемого параметров; Р,Р* - статическое и полное давление в МПа; ц - относительный расход; Я - газовая постоянная, тяга двигателя в кН; Яе - число Рейнольдса;

Т,Т* - температура статическая и торможения в К; Ш - скорость;

X - варьируемый параметр, компонента вектора;

у - измеряемый параметр, компонента вектора;

2 - количество ступеней, компонента вектора;

а - коэффициент избытка воздуха;

£ - невязка, заданная точность расчета;

£ - взвешенная невязка;

^ - коэффициент полезного действия;

цкс - коэффициент полноты сгорания в основной камере;

^ - остаточные невязки;

д - коэффициент динамической вязкости, коэффициент расхода; п - степень повышения или понижения давления;

а - средняя квадратичная погрешность, коэффициент восстановления полного давления;

- скоростной коэффициент реактивного сопла; 8 - относительная погрешность; Л - абсолютная приращение параметра; д - начальный момент; Я - приведения скорость; I - корректирующая поправка.

Подстрочные нижние индексы:

вх - вход; вых - выход; с - сопло;

н - параметры воздуха на заданной высоте полета, сечение на входе во входной

диффузор; ¿,У, п - порядковый номер; г - газ, сечение на входе в турбину; изм - измеренный;

к - компрессор, сечение за компрессором; кс - камера сгорания; кр - критический; м - механический;

о - значение параметра, приведённого к стандартным атмосферным условиям;

охл - охлаждение;

пр - приведенные параметры;

рас - расчетное значение параметра;

рл - рабочие лопатки;

т - турбина;

экс - экспериментальный; шах - максимальный; min - минимальный.

Надстрочные верхние индексы:

* - параметры изоэнтропические заторможенного потока; - - относительное значение;

Принятые сокращения:

АД - авиационный двигатель; АС - автоматизированная система;

АСТРА - автоматизированная система проектного термогазодинамического

расчета авиационных двигателей; АТ - авиационная техника; ВД - компрессор высокого давления; ВНА - входной направляющий аппарат; ВРД - воздушно-реактивный двигатель; ВСХ - высотно-скоростные характеристики;

ГРАД - газодинамический расчет авиационных двигателей;

ГРЭТ - газодинамические расчеты энергетических турбомашин;

ГТД - газотурбинный двигатель;

КВП - квадратично-взвешенное приближение;

КПД - коэффициент полезного действия;

ЛА - летательный аппарат;

МГ - малый газ;

ММ - математическая модель;

МНК - метод наименьших квадратов;

НА - направляющий аппарат;

НД - компрессор низкого давления;

СА - сопловой аппарат;

САУ - стандартные атмосферные условия, система автоматического управления;

СВКО - средние взвешенное квадратичное отклонения;

СКО - средние квадратичное отклонения;

ТРД - турбореактивный двигатель;

ТПХ - точка привязка характеристики;

ТО - техническое обслуживание;

ТОиР - техническое обслуживание и ремонт;

ТС - техническое состояние;

ТУ - техническая условия;

ЦВМ - цифровая вычислительная машина;

ЭВМ - электронно-вычислительная машина;

ACARS - airborne communications addressing and reporting system;

GSP - gas turbine simulation program;

GECAT - graphical engine cycle analysis tool;

JGTS - the java gas turbine simulator;

DVIG - двигатель.

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Контроль технического состояния авиационного газотурбинного двигателя в эксплуатации»

Актуальность темы исследования.

Исследование в области технической диагностики являются комплексными и затрагивают различные вопросы конструирования, производства и эксплуатации объектов диагностики. В соответствии с ГОСТом 20911-75, техническая диагностика - это отрасль знаний, исследующая технические состояния объектов диагностирования и проявления технических состояний, разрабатывающая методы их определения, а также принципы построения и организацию использования системы диагностирования [62].

В настоящее время среди различных методов контроля и диагностики состояния газотурбинных двигателей (ГТД) широкое применение нашли параметрические методы диагностики. Под этим условным названием подразумеваются диагностические методы, основанные на специальной обработке и анализе значений термогазодинамических и иных параметров, измеряемых на работающем двигателе [14]. Под термогазодинамическими параметрами понимаются параметры, описывающие термодинамику процессов в проточной части двигателя. К ним относятся температуры, давления, расходы воздуха, газа, топлива, скорости течения, частоты вращения роторов, тяга и т.п. К числу не-тер-могазодинамических параметров относят давление и температуру масла, давление топлива, уровни вибраций, тепловое состояние элементов ГТД и другое.

В настоящее время в практике технической диагностики авиационных ГТД используется целый ряд методов: физические, механические, параметрические, которые в равной степени могут быть применены для диагностирования ГТД [1]. Среди множества возникающих неисправностей и отказов значительную часть составляют параметрические, заключающиеся в несоответствии значений контролируемых на двигателе диагностических параметров нормам технических условий. Параметрическим методам диагностирования [27], основан-

ным на анализе термогазодинамических параметров, присущи некоторые характерные отличия, которые в совокупности определяют особое место этих методов в системе контроля состояния двигателя [27].

Диагностика ГТД по термогазодинамическим параметрам рассматривалась в работах: Ахмедзянова А.М., Кеба И.В., Осипова Б.М., Сиротина Н.Н., Тунакова А.П., Тимошенко О.И., Черкеза А.Я., Хамзина А.С., Ellis L.G., Jose R., Ntantis E.L., Sankar B., Urban L.A., и др. [14, 39, 53, 62, 71, 74, 80, 83, 85, 88, 92].

Эксплуатация авиационного двигателей по состоянию предполагает организацию систем технического диагностирования.

Объект исследования: газотурбинный двигатель авиационного применения.

Предмет исследования: техническая диагностика ГТД.

Цель исследования: разработать и исследовать новый алгоритм и программную систему технической диагностики ГТД по термогазодинамическим параметрам на базе универсальной математической модели.

Задачи исследования:

1. Провести обзор и анализ научно-технической и патентно-лицензионной литературы по теме диссертационной работы.

2. Разработать и реализовать технологии получения адекватных нелинейных математических моделей ГТД.

3. Разработать и реализовать алгоритм технической диагностики ГТД с использованием их линейных моделей.

4. Разработать методики технического диагностирования ГТД с использованием их нелинейных моделей.

5. Тестировать разработанные алгоритм и методику на реальном объекте: ТРД TJ-100A-Z (Чехия).

Научная новизна диссертационной работы:

разработана технология получения адекватных нелинейных математических моделей ГТД по параметрам, измеряемых на стенде с уточнением или по-

лучением характеристик их узлов, и на их основе разработана методика технического диагностирования ГТД по термогазодинамическим параметрам с использованием как линейных, так и нелинейных математических моделей.

Теоретическая значимость работы:

термогазодинамические параметры двигателя (температура, давление и т.д.) в различных сечениях газовоздушного тракта, а также выходные параметры двигателя (тяга, удельный расход топлива, расход воздуха, коэффициент избытка воздуха и т.д.), зависящие от термогазодинамических параметров, являются носителями информации о состоянии газовоздушного тракта двигателя. Поэтому они могут быть использованы для распознавания определенного класса состояний двигателя, объединяющего дефекты газовоздушного тракта. При этом задачу диагностики (распознавания) состояния двигателя можно решать на одном из двух уровней.

На первом уровне принятие решения о состоянии производится путем сравнения определенных параметров двигателя с нормами на допускаемые их отклонения. Если значения параметров находятся в пределах технических норм, состояние относится к категории годных. Если значения параметров находятся за пределами технических норм, состояние относится к категории дефектных [5-13].

На втором уровне оценка состояния сводится не только к распознаванию годного и негодного двигателя, но и к определению места локализации дефекта, выявлению внутренних причин появления признаков дефектного состояния. В этом случае, по информации, которую несут термогазодинамические параметры с помощью детерминированных или вероятностных моделей объекта диагностирования, определяются причины дефектного состояния узлов ГТД [5-9].

Практическая значимость работы:

внедрение разработанных комплексов программ в практику эксплуатационных предприятий позволит существенно улучшить такие показатели ГТД, как надежность и ресурс.

Следует отметить, что постоянно возрастает значение математических моделей ГТД, как объекта регулирования в процессах разработки, создания и доводки двигателей. Это определяется целым рядом объективных факторов, основными из которых являются следующие:

1. Усложнение схем, конструкций и технологии производства двигателей, повышение стоимости материалов конструкции и, как следствие, очень высокая стоимость натурных испытаний. При этом практически невозможно осуществить натурные испытания во всех условиях эксплуатации, характерных для многорежимных двигателей.

2. Возможность создания высокоточных и достаточно быстродействующих математических моделей двигателей, адекватно описывающих их рабочий процесс в различных условиях полета, на различных режимах работы двигателя, в том числе, и на переходных, и в различных условиях эксплуатации. Это связано с практически неограниченными возможностями современных ЭВМ.

Методы исследования:

работа носит теоретический характер с практическим приложением, базируется на методологии математического моделирования, используется методы вычислительной математики и научного программирования, применяемые к области тестирования алгоритма диагностики по термогазодинамическим параметрам.

Положения, выносимые на защиту:

1. Разработанная технология получения адекватных нелинейных математических моделей ГТД по параметрам, измеренных на стенде.

2. Адекватная математическая модель ТРД Т1-100А-7, полученная в процессе экспериментального исследования, которая в дальнейшем была использована для тестирования алгоритма диагностики по термогазодинамическим параметрам.

3. Разработанная методика технического диагностирования ГТД по термогазодинамическим параметрам с использованием их линейных и нелинейных математических моделей.

Степень достоверности полученных результатов:

обеспечивалась комплексом теоретических и расчётно-аналитических исследований, которые базируются на общих принципах фундаментальной науки и научных основах прогрессивной техники и технологии. Экспериментальные исследования проводились на действующем стенде специализированной лаборатории ФГБОУ ВО «КНИТУ-КАИ».

Апробация результатов исследования:

автор выступал с докладами на Всероссийских и международных научно-технических конференциях:

1. Международная студенческая научная конференция «Поколение будущего», г. Санкт-Петербург, 2018 г.

2. Всероссийская научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов «Авиационные двигатели и силовые установки», ЦИАМ, г. Москва, 28 - 30 мая 2019 г.

3. «XIV Тинчуринские чтения» международная молодежная научная конференция, г. Казань, 23 - 26 апреля 2019 г.

4. Международная молодежная научная конференция «XXIV Туполевские чтения (школа молодых ученых)», г. Казань, 7 - 8 ноября 2019 г.

Личный вклад автора:

в диссертации представлены результаты исследования, полученные автором самостоятельно.

Автору принадлежит:

1. Анализ литературных источников.

2. Постановка цели и задач исследования.

3. Создание нелинейной математической модели ТРД Т1-100А-7 и на её базе создание линейной математической модели.

4. Разработка методик и проведение экспериментальных исследований.

5. Многорежимная идентификация ММ ТРД TJ-100A-Z по технической документации и по экспериментальным данным.

6. Обработка полученных результатов и их обобщение.

7. Выработка практических рекомендаций для контроля ТС ГТД в эксплуатации.

Публикации:

по теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, из них: 4 научные статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК; 4 тезисов и материалов докладов на Всероссийских и международных научно-технических конференциях.

Структура и объем диссертационной работы:

работа состоит из списка принятых обозначений и сокращений, введения, 4 глав, заключения, списка используемых источников информации и приложения. Основное содержание диссертации изложено на 221 страницах машинописного текста, содержит 29 таблиц и 74 рисунков. Библиография включает 93 наименований. Приложение содержит 39 страниц.

Автор выражает свою благодарность и признательность научному руководителю к.т.н., доценту Б.М. Осипову, а также научному консультанту к.т.н., доценту Э.Л. Симкину за ценные замечания, которые способствовали существенному улучшению диссертации.

Глава 1 Современное состояния исследуемого вопроса и постановка цели и задач исследования

В первой главе рассмотрены методы диагностирования в области технического состояния ГТД с анализом их достоинства и недостатков, на основании которых произведена постановка цели и задач исследования, определены этапы исследования.

1.1 Методы технического диагностирования по изменению параметров

динамических процессов

Основной проблемой использования диагностики по термогазодинамическим параметрам является получение адекватных математических моделей ГТД. Как правило, такие математические модели сложно получить по ряду причин, к которым можно отнести неполную информацию в технической документации на данный ГТД. В ней, как правило, не приводятся характеристики узлов ГТД, таких как компрессор, камера сгорания, газовая турбина, входное и выходное устройства и другое. В этой связи, пришлось разработать технологию получения этих характеристик, используя его внешнюю характеристику, как правило, дроссельные характеристики, такие, как измеренные на стенде удельного расхода топлива, тяги, температуры на выходе из турбины и другие параметры, предусмотренные для данного ГТД производителем.

Сложность решения такой задачи заключается в том, что приходится решать, так называемые, не корректно поставленные задачи, с точки зрения математической постановки, т.е. решать системы уравнений, где количество уравнений не равно количеству неизвестных параметров и, как правило, неизвестных больше, чем уравнений, что приводит к неоднозначности решения, т.е. можно получить множество решений.

Решению таких задач в математике посвящено множество работ и все они направлены на устойчивость решения в заданной области.

Диагностирование по термодинамическим параметрам, которые являются информационными носителями состояния ГТД, можно разбить на два этапа. Первый этап, это определение общего состояния ГТД (исправен или неисправен), и второй этап, это локализация узла (элемента) ГТД, причиной которого является его неисправность.

Такой подход к оценке состояния при наличии достоверных технических норм является достаточно простым и широко используется, как на этапе серийных испытаний двигателя, так и в эксплуатации.

При серийных контрольно-сдаточных испытаниях авиационного двигателя он является основным способом оценки состояния двигателя, критерием для приема его к эксплуатации и как метод диагностирования двигателя. В эксплуатации он также применим и может использоваться на практике. Такой подход известен, например, как метод диагностической обработки и анализа характера изменения термогазодинамических параметров в процессе наработки [ 78, 84]. Причем, здесь оценка годности двигателя может быть не только по величине технических норм, но и по темпу (скорости) изменения параметров в пределах этих норм по времени.

Необходимо отметить, что способ оценки состояния двигателя путем сопоставления его выходных параметров (тяги, удельного расхода топлива, температуры газа перед турбиной и т. д.) с техническими нормами (диагностика первого уровня), с использованием информации о темпах изменения параметров в пределах технических норм проще других способов использовать для решения вопросов эксплуатации по состоянию. Эффективность этого способа в существенной мере зависит от достоверности технических норм, от адекватности взаимосвязи их величины с возможными состояниями двигателя. Этот способ предполагает наличие взаимосвязи между технической нормой и состоянием двигателя на различных режимах эксплуатации [5-13]. Использование такого способа оценки состояния достаточно просто при наличии априорного ре-

шения вопросов, связанных с обоснованием выбора конечного числа диагностических параметров и с разработкой методов расчета технических норм на параметры.

Следует отметить, что прямое использование технических норм в качестве критериев для оценки состояния двигателя не может быть достаточно эффективным, т. к. результаты контроля отягощены ошибками измерения, соизмеримыми с величинами технических норм. Поэтому отождествление технических норм Хт с диагностическим допуском Хд, т. е. принятие Хт = Хд очень неблагоприятно сказывается на однозначности ответа при оценке состояния и обусловливает появление в процессе диагностики таких ситуаций, когда часть годных изделий признается дефектными, а часть дефектных признается годными. Это обстоятельство порождает необходимость решения специальных вопросов по определению оптимальных допусков на выходные параметры [5-13].

На втором уровне оценка состояния сводится не только к распознаванию годного и негодного двигателя, но и к определению места локализации дефекта, выявлению внутренних причин появления признаков дефектного состояния.

Для формирования методов диагностирования требуется решение вопросов, связанных с построением моделей объекта диагностирования, с выбором наиболее информативных термогазодинамических параметров [5-13].

Техническая диагностика авиационных ГТД базируется на общей теории технической диагностики [20, 34, 39, 61], и ее развитие неразрывно связано с прогрессом в авиа-двигателестроении и совершенствованием системы эксплуатации летательных аппаратов.

На сегодняшний день существует множество научных разработок, посвященных проблемам диагностики авиационной техники (АТ), и в частности, авиационных ГТД. Большинство этих работ сводятся к узко поставленным задачам диагноза или к разработке отдельных методов и средств технической диагностики, что также весьма актуально и важно.

В работах [16, 24] рассматриваются мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации. Решаются задачи анализа вибрации роторных машин, общие вопросы мониторинга и диагностики на этой основе. Изложены основные принципы и методы диагностирования машин и механизмов в рабочих условиях. Приведены алгоритмы диагностирования неисправностей типовых узлов, которые положены в основу разработки математического обеспечения автоматизированной системы на базе ЭВМ. Также производится диагностика подшипников скольжения, подшипников качения, механических передач, редукторов, рабочих колес, электромагнитной системы электрических машин. Достоинство этого метода диагностики заключается в том, что он обладает простотой, высокой помехозащищённостью, высокой чувствительностью и информативностью. К недостаткам этого метода диагностики можно отнести его высокую стоимость.

В работе [38] рассматриваются методы вибрационной диагностики авиационных двигателей. Даны общие вопросы методологии определения вибраций авиационных двигателей (ВАД), которые приведены в достаточном количестве монографий и справочных изданий. Особую ценность представляют разделы, в которых изложен материал по практическому использованию виброакустических сигналов для постановки диагноза, выделения диагностических признаков неисправностей с достаточной степенью конкретизации, позволяющей использовать приведенную информацию для выявления дефектов и неисправностей. Зависимость параметров вибрации от большого количества факторов и сложность выделения вибрационного сигнала, обусловленного наличием неисправности, не обеспечивает надлежащую точность диагностирования.

В работе [41] рассматриваются вибрационная диагностика систем и конструкций авиационной техники. Приведены сведения о методах технической диагностики, об ее месте в системе технической эксплуатации. Даны принципы создания математических (диагностических) моделей, а также описание источников и причин возбуждения вибрации узлами и агрегатами АТ. Рассмотрены вопросы контроля вибрации ГТД и вопросы диагностирования ГТД и их узлов

по вибрационным параметрам. Приведены сведения о новых подходах по контролю повреждений конструкций АТ по характеристикам вибрации. Рассмотрены вопросы оценки информативности диагностических признаков, определения пороговых значений, а также приведены сведения о методах классификации технических систем. К недостаткам можно отнести необходимость выполнения большого количества элементарных проверок, что требует больших затрат времени и материальных ресурсов, а также необходимость использования при поиске мест отказов высокую квалификацию специалистов, а также анализ еще и эксплуатационной документации (технического описания, инструкции по технической эксплуатации, альбома формулярных схем и т.д.).

В работе [58] рассматривается применение аппарата теории статистической классификации к задачам диагностирования авиационной техники. Рассматриваются вопросы прогнозирования состояний авиационных ГТД, элементы теории классификации. Приводятся результаты оценки диагностических моделей вибросостояний ГТД ПС-90А на основе диагностического критерия, позволяющего предупреждать конкретный вид отказа. Приведенный подход позволяет определять конкретный вид отказа с некоторым упреждением на ранней стадии развития. Определять, превалирующий на данный момент, вид отказа с учетом возможности возникновения нового отказа вместе с существующим, отслеживать тенденцию развития отказа и строить прогнозы по дальнейшему состоянию двигателя.

В работе [18] рассматриваются методы технической диагностики, где даны основы технической диагностики, а также основные направления технической диагностики, постановка задач технической диагностики, статистические методы распознавания. Изложены статистические методы распознавания и разделения в пространстве признаков, метрические и логические методы диагностики. Значительное внимание уделено теории информации и ее приложению к задачам диагностики. Не все параметры, которые могут быть использо-

ваны в диагностике, равноценны по содержательности сведений о функционирующем ГТД. Одни из них приносят информацию сразу о многих свойствах работающих модулей двигателя, другие, напротив, крайне бедны.

В работе [19] рассматривается технологическое обеспечение эксплуатационных характеристик деталей ГТД, таких, как лопатки турбины, где изложены прогрессивные технологии изготовления лопаток турбин из никелевых жаропрочных сплавов и современные представления о кристаллической природе металлов, дислокационном механизме их деформации, кинетике фазовых превращений, механизме разрушения, влияние анизотропии физико-механических свойств монокристаллических сплавов.

В работе [21] даны основы термодинамики и статистической физики. Раскрыты смысл и содержание понятия энтропии и показано ее важнейшее значение в науке. Установлена связь энтропии и информации, рассказано о современных представлениях теории информации. Физические методы диагностики, к которым относятся известные методы оптико -визуального контроля, трибо-диагностики (диагностика по маслу), анализа продуктов сгорания, диагностика по виброакустическим параметрам, по результатам контроля термогазодинамических параметров и др.

В эксплуатации зачастую трудно добиться «адресности» дефектов, в частности, в такой сложной динамической многокомпонентной системе, которой является авиационный ГТД. Известные методы инструментального контроля, математического моделирования пред отказных состояний ГТД, методы полунатурных испытаний, факторного анализа и др., порой не дают желаемого эффекта в определение места дефекта.

В работе [22] рассматривается структура служб и подразделений эксплуатации, стратегии, виды и методы технического обслуживания и ремонта, основы диагностирования и прогнозирования состояния авиационного оборудования. Изложены характеристики эффективности и основные особенности технической эксплуатации авиационного оборудования, освещены вопросы информационного и метрологического обеспечения.

В работах [30, 54] рассматриваются теория, расчет и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок. На числовых примерах изложена методика проектного термогазодинамического расчета основных типов авиационных ГТД гражданского назначения (ТРДД, ТВД, ТВВД и ТВаД). Даны рекомендации по выбору исходных данных к расчету, по методике выполнения расчетов проектируемого ГТД на нерасчетном режиме. Надо отметить, что не все расчеты актуальны для нужд диагностики.

В работе [31] рассматриваются методы идентификации динамических объектов, что необходимо в диагностировании. Даны методы идентификации сложных динамических объектов, как в режиме их нормальной эксплуатации, так и в условиях, связанных с пробными воздействиями. Рассмотрены общие проблемы, возникающие при идентификации объектов. Излагаются методы идентификации линейных объектов, в результате применения которых могут быть получены как коэффициенты математического описания объекта, так и функции, непосредственно характеризующие динамические свойства объекта. Рассмотрены методы идентификации нелинейных динамических объектов, основанные на линеаризации объекта, а также те, в которых объекты рассматриваются, как существенно нелинейные. К недостаткам можно отнести относительную сложность оборудования, необходимого для исследования, а также достаточно большое время измерения, что может усложнить использования данного метода в диагностировании.

В работах [3, 35] рассматривается технология эксплуатации, диагностики и ремонта ГТД. Изложены вопросы надежности и увеличения ресурса авиационных ГТД, описаны современные методы контроля и технической диагностики ГТД. Особое внимание уделено ремонту и восстановлению работоспособности основных деталей и узлов двигателя, испытаниям авиационного ГТД на серийном заводе и ремонтном предприятии.

В работе [37] рассматривается рабочие процессе ГТД типов ТРД, ТРДД, ТРДФ, ТРДДФ, ТВД, ТВВД и ТВаД, рабочие процессы входных и выходных

устройств, камер сгорания авиационных ГТД и их характеристики. Рассмотрены эксплуатационные характеристики ГТД различных типов и схем. Влияние различных эксплуатационных факторов на основные технико-экономические показатели и характеристики ГТД на установившихся режимах, а также на неустановившихся режимах его работы. Дана оценка технико-экономической эффективности силовых установок с ГТД при их работе в системе самолетов гражданской авиации [3]. Даны основные уравнения газового потока в лопаточных машинах, теории ступени осевого компрессора и газовой турбины, что часто используется в алгоритмах диагностики ГТД.

В работе [44] рассматривается оценка технического состояния авиационных ГТД. Показана эффективность использования методов при оценке технического состояния ГТД. Рассмотрен отечественный и зарубежный опыт в области разработки и использования методов и средств контроля, диагностирования и прогнозирования технического состояния ГТД по изменению термогазодинамических характеристик, уровней вибраций, накоплению продуктов изнашивания в масле и др. Значительное внимание уделено использованию автоматизированных систем контроля.

В работе [47] рассматривается измерение, обработка и анализ быстропе-ременных процессов в машинах. Изложены теоретические и практические вопросы анализа быстропеременных процессов, сопровождающих работу машин. Рассмотрены методы и средства измерений и обработки колебаний неподвижных и вращающихся деталей, акустических шумов, переменных давлений рабочей среды. Описаны методы идентификации и численного моделирования много-связанных процессов. Даны примеры практического использования информации о процессах для диагностики ТС деталей и узлов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ахмед Хирш Салим Ахмед, 2021 год

Список использованных источников информации

1. Адгамов, Р. И. Обработка и анализ информации при автоматизированных испытаниях ГТД / Р.И. Адгамов, В.О. Боровик и др. - М.: Машиностроение, 1987. - 216 с.

2. Акимов, В.М. Основы надежности газотурбинных двигателей / В.М. Акимов. - М.: Машиностроение, 1981. - 207 с.

3. Акимов, В.М. Экономическая эффективность повышения ресурса и надежности ГТД / В.М. Акимов, Д.Е. Станик, А.А. Морозов. - М.: Машиностроение, 1972. - 172 с.

4. Алексеев, А.А. Математические модели объектов и методы их идентификации / А.А. Алексеев, В.Г. Григорян, А.И. Солодовников // ЛЭТИ. -Л., 1978. - 81 с.

5. Ахмед, Х.С.А. Многорежимная идентификация получения адекватной модели газотурбинного двигателя для диагностики по термогазодинамическим параметрам / Х.С.А. Ахмед, Б.М. Осипов // Вестник Московского авиационного института. - 2020. - Т. 27. - № 1. - С. 133 - 143.

6. Ахмед, Х.С. Многорежимная идентификация получения адекватной модели ТРД Т-100А-2 для диагностики по термогазодинамическим параметрам / Х.С. Ахмед, Б.М. Осипов // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. - 2020. - № 60. - С. 5 - 14.

7. Ахмед, Х.С.А. Алгоритм диагностики с применением математической модели газотурбинного двигателя / Х.С.А. Ахмед, Б.М. Осипов // Вестник Московского авиационного института. - 2020. - Т. 27. - № 3. - С. 155 - 166.

8. Ахмед, Х.С. Диагностика газотурбинного двигателя с локализацией дефектов в его узлах / Х.С. Ахмед, Б.М. Осипов // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. - 2020. - № 61. - С. 12 - 21.

9. Ахмед, Х.С. Разработка программного модуля для диагностики авиационных двигателей по термогазодинамическим параметрам / Б.М. Осипов, Л.Э. Урманова, Х.С. Ахмед // Международная студенческая научная конференция «поколение будущего». - СПб. - 2018. - С. 133 - 138.

10. Ахмед, Хирш Салим Ахмед. Improvement of a low-emission combustion chamber of a double-circuit gas turbine engine for a passenger aircraft for toxic emissions reduction / Хирш Салим Ахмед Ахмед, Л.Э. Урманова // Международный научный журнал «Инновационное развитие». - Пермь, 2018. - № 9 (26). - С. 30 - 33.

11. Ахмед, Хирш Салим Ахмед. Многорежимная идентификация получения адекватной модели ГТД для диагностики по термогазодинамическим параметрам / Хирш Салим Ахмед Ахмед, Б.М. Осипов // Всероссийская научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов «Авиационные двигатели и силовые установки». - Москва, 2019. - Т. III. - С. 129 - 131.

12. Ахмед, Х.С. Диагностика авиационного двигателя по термогазодинамическим параметрам / Х.С. Ахмед, Б.М. Осипов // Тинчуринские чтения программа «XIV международной молодежной научной конференции». - Казань, 2019. - Т. II. - С. 79 - 82.

13. Ахмед, Хирш Салим А. Использование обобщенных характеристик компрессора и турбины при получении математической модели ГТД TJ-100 для многорежимной идентификации / Хирш Салим А. Ахмед, Б.М. Осипов // Международная молодежная научная конференция «XXIV Туполевские чтения школа молодых ученых». - Казань, 2019. - Т. III. - С. 186 - 189.

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

15. Бард, Й. Нелинейное оценивание параметров / Й. Бард. (пер. с англ). - М.: Статистика, 1979. - 349 с.

16. Барков, А.В. Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации / А.В. Барков, Н.А. Баркова. - СПб.: СПбГМТУ, 2000. - 159 с.

17. Берне, В.А. Диагностика и контроль технического состояния самолетов по результатам резонансных испытаний / В.А. Бернс. - Новосибирск: монография, Изд-во НГТУ, 2012. - 272 с.

18. Биргер, И.А. Техническая диагностика / И.А. Биргер. - М.: Машиностроение, 1978. - 240 с.

19. Богуслаев, В.А. Технологическое обеспечение эксплуатационных характеристик деталей ГТД. Лопатки турбины. Часть 2 / В.А. Богуслаев, Ф.М. Муравченко и др. - М.: ОАО «Мотор Сич», 2003. - 396 с.

20. Верзаков, Г.Ф. Введение в техническую диагностику / Г.Ф. Верза-ков, Н.В. Киншт, В.И. Рабинович, Л.С. Тимонен. - М.: Энергия, 1968. - 224 с.

21. Волькенштейн, М.В. Энтропия и информация / М.В. Волькенштейн. - М.: Наука, 1986. - 193 с.

22. Воробьев, В.Г. Техническая эксплуатация авиационного оборудования / В.Г. Воробьев, В.Д. Константинов. - М.: Транспорт, 1990. - 296 с.

23. Гельфанд, И.М. Метод оврагов в задачах рентгеноконструктурного анализа / И.М. Гельфанд, и др. - М.: Наука, 1966. - 76 с.

24. Генкин, М.Д. Виброакустическая диагностика машин и механизмов / М.Д. Генкин, А.Г. Соколова. - М.: Машиностроение, 1987. - 288 с.

25. Гилязиев, М.Г. Разработка метода идентификации математической модели газотурбинного дветателя. / М.Г. Гилязиев, В.Л. Варсегов // Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева, № 4 вып. 2, 2012. - С. 246 - 249.

26. Гишваров, А.С. Математическое моделирование рабочих процессов газотурбинных энергетических установок / А.С. Гишваров, И.В. Приб, В.С. Жернаков // Машиноведение, конструкционные материалы и технологии: сб. науч. тр. - Уфа: Гилем, 2002. - С. 212 - 229.

27. Гишваров, А.С. Метод выбора оптимальных условий параметрического диагностирования состояния авиационных ГТД / А.С. Гишваров, И.В. Приб // Вестник УГАТУ, Уфа. - 2009. - Т. 12, № 2 (31). - С. 3 - 10.

28. Горлач, Б.А. Теория вероятностей и математическая статистика: учеб. Пособие / Б.А. Горлач. - СПб: Издательство «Лань», 2013. - 320 с.

29. Горюнов, И. М. Система математического моделирования тепловых, энергетических и комбинированных установок (DVIGwT) / И. М. Горюнов: Свид. об офиц. рег. № 2004610623. М.: Роспатент, 2004.

30. Григорьев, В.А. Теория, расчет и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок / В.А. Григорьев. - Самара: СГАУ им. С.П. Королева, 2001. - 170 с.

31. Дейч, А.М. Методы идентификации динамических объектов / А.М. Дейч. - М.: Энергия, 1979. - 240 с.

32. Демиденко, Е.З. Линейная и нелинейная регрессия / Е.З. Деми-денко. - М.: Финансы и статистика, 1981. - 302 с.

33. Дружинин, Л.Н. Математическое моделирование ГТД на современных ЭВМ при исследовании параметров и характеристик авиационных двига-телей/Л.Н. Дружинин, Л.И. Швец, Л.И. Лапшин. -Т. ЦИАМ, №832, 1979. -45 с.

34. Дятлов, Иван Николаевич. Диагностика технического состояния проточной части двухконтурного двигателя: Учеб. пособие / И. Н. Дятлов, А.

A. Мухин, Ф. А. Хамидуллин; Казан. авиац. ин-т им. А. Н. Туполева. - Казань: КАИ, 1988. - 58, [4] с.

35. Елисеев, Ю.С. Технология эксплуатации, диагностики и ремонта газотурбинных двигателей / Ю.С. Елисеев, В.В. Крымов, К.А. Малиновский,

B.Г. Попов. - М.: Высшая школа, 2002. - 355 с.

36. Заблоцкий, И.Е. Бесконтактные измерения колебаний лопаток тур-бомашин / И.Е. Заблоцкий, Ю.А. Коростелев, Р.А. Шилов и др. - М.: Машиностроение, 1977. - 160 с.

37. Казанджан, П.К. Теория авиационных двигателей. Теория лопаточных машин / П.К. Казанджан и др. - М.: Транспорт, 2000. - 217 с.

38. Карасев, В.А. Методы вибрационной диагностики машин / В.А. Ка-расев, В.П. Максимов. - М.: Машиностроение, 1975. - 208 с.

39. Кеба, И.В. Диагностика авиационных газотурбинных двигателей / И.В. Кеба. - М.: Транспорт, 1980. - 247 с.

40. Кильдеев, Р.А. Повышение точности математических моделей газотурбинных силовых установок/ Р.А. Кильдеев, Б.М. Осипов, А.В. Титов, А.С. Хамзин // Вестник КГТУ им. А.Н.Туполева, Казань. - 2003, - № 3. - С. 3 - 6.

41. Киселев, Ю.В. Вибрационная диагностика систем и конструкций авиационной техники / Ю.В. Киселев. - Самара: Самарский государственный аэрокосмический университет, 2012. - 207 с.

42. Кофман, В.М. Методология и опыт параметрической идентификации математических моделей газотурбинных двигателей и их узлов по результатам испытаний / В.М. Кофман. - М.: Монография, Уфа: УГАТУ, 2014. - 182 с.

43. Кузьмичев, В.С. Сравнительный анализ автоматизированных систем проектирования газотурбинных двигателей / В.С. Кузьмичев, Я.А. Оста-пюк, А.Ю. Ткаченко, Е.П. Филинов // Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 17, № 6 (3), 2015. С. 644 - 656.

44. Лозицкий, Л.П. Оценка технического состояния авиационных ГТД / Л.П. Лозицкий, А.К. Янко, В.Ф. Лапшов. - М.: Транспорт, 1982. - 160 с.

45. Любимов, И.В. Методы и средства диагностирования технических систем / И.В. Любимов, С.А. Мешков, А.П. Ушаков, Р.В. Чалый. Балт. гос. техн. Ун-т. - СПБ, 2012. - 95 с.

46. Майоров, С.А. Проектирование цифровых вычислительных машин / С.А. Майоров, Г.И. Новиков, О.Ф. Немолочнов и др. - М.: Высш.шк., 1972. -344 с.

47. Максимов, В.П. Измерение, обработка и анализ быстропеременных процессов в машинах / В.П. Максимов, И.В. Егоров, В.А. Карасев. - М.: Машиностроение, 1987. - 208 с.

48. Машошин, О.Ф. Диагностика авиационной техники (информационные основы) / О.Ф. Машошин. - М.: МГТУ ГА, 2007. - 141 с.

49. Мозгалевский, А.В. Техническая диагностика (непрерывные объекты) / А.В. Мозгалевский, Д.В. Гаскаров. - М.: Высшая школа, 1975. - 207 с.

50. Морозов, К. Е. Математическое моделирование в научном познании / К. Е. Морозов. - М.: мысль, 1969. - 212 с.

51. Николаева, А. Б. Формирование системы управления затратами наукоемкой продукции на предприятиях машиностроения / А.Б. Николаева. -Казань, 2011. - 146 с.

52. Носков, А.А., Третьякова, О.Н. Прогрессивные технологические процессы в производстве и эксплуатации газотурбинных двигателей / А.А. Носков, О.Н. Третьякова. - М.: МАИ, 2003. - 400 с.

53. Осипов, Б.М. Автоматизированная система газодинамических расчетов энергетических турбомашин / Б.М. Осипов, А.В. Титов // Учеб. пособие. -Казань: Казан. гос. энерг. Ун-та, 2012. - 277 с.

54. Осипов, Б.М. Автоматизированное проектирование двигателей / Б.М. Осипов, А.П. Тунаков, А.В. Титов, А.С. Хамзин, В.Б. Явкин // Учебное пособие. - Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2004. - 118 с.

55. Осипов, Б.М. Математическое моделирование в энергетическом аудите агрегатов с газотурбинным приводом / Б.М. Осипов, А.В. Титов, А.Р. Хамматов // Вестник КГТУ им. А.Н.Туполева, Казань. - 2008, - № 3. - С. 14 - 16.

56. Пархоменко, П.П. Основы технической диагностики: (Оптимизация процессов диагностирования, аппаратные средства) / П.П. Пархоменко, Б.С. Со-гомонян. - М.: Энергоатомиздат, 1981. - 464 с.

57. Петрович, М.Л. Регрессионный анализ и его математическое обеспечение на ЕС ЭВМ: Практическое руководство / М.Л. Петрович. - М.: Финансы и статистика, 1982. - 199 с.

58. Пивоваров, В.А. Применение аппарата теории статистической классификации к задачам диагностирования авиационной техники / В.А. Пивоваров, О.Ф. Машошин. - М.: Научный вестник МГТУ ГА. № 20, серия: эксплуатация воздушного транспорта и ремонт АТ. Безопасность полетов, 1999. - 74 с.

59. Программный комплекс ГРАД. Руководство программиста. Входные данные математической модели и диагностические сообщения математической модели. .2069614 .37015-01 33 02-3. - Казань. - 1998.

60. Симбирский, Д.Ф. Температурная диагностика двигателей (Плёночная термометрия и оптимальные оценки) / Д.Ф. Симбирский. - Киев: Техника, 1976. - 208 с.

61. Симкин, Э.Л. Основы эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей/ Э.Л. Симкин. - Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2010. - 450 с.

62. Сиротин, Н.Н. Техническая диагностика авиационных газотурбинных двигателей / Н.Н. Сиротин, Ю.М. Коровкин. - М.: Машиностроение, 1979.

- 272 с.

63. Система DVIG - Компьютерная среда для моделирования термогазодинамических процессов газотурбинных двигателей произвольных схем -Разработка Уфимского государственного авиационного технического университета, -http ://www.ad. ugatu.rb .ru/dv i a index.Mm

64. Скибин, В.А. Работы ведущих авиадвигателестроительных компаний по созданию перспективных авиационных двигателей (аналитический обзор) / В.А. Скибин, В.И. Солонин, В.А. Палкин. - М.: ОАО «НПО Сатурн», 2004.

- 424 с.

65. Смирнов, Н.Н. Обслуживание и ремонт авиационной техники по состоянию / Н.Н. Смирнов, А.А. Ицкович. - М.: Транспорт, 1987. - 272 с.

66. Сосунов, В.А. Неустановившиеся режимы авиационных газотурбинных двигателей / В.А. Сосунов, Ю.А. Литвинов. - М.: Машиностроение, 1975. - 216 с.

67. Степаненко, В.П. Практическая диагностики авиационных газотурбинных двигателей / В.П. Степаненко. - М.: Транспорт, 1985. - 102 с.

68. Тихонов, А.Н. О некорректных задачах линейной алгебры и устойчивом методе их решения / А.Н. Тихонов. ДАН, 1965, т. 163, № 3, С. 591 - 595.

69. Ткаченко, А.Ю. Использование метода динамического программирования для решения задач оптимизации управления ГТД по критериям эффективности летательного аппарата / А.Ю. Ткаченко, В.С. Кузьмичев // Вестник Самарск. гос. аэрокосм. Ун-та. - 2012. - № 5 (36). - Ч. 1. С. 203 - 206.

70. Трахтенброт, В. А. Алгоритмы и вычислительные автоматы / В. А. Трахтенброт. - М.: Сов. Радио, 1974. - 200 с.

71. Тунаков, А. П. Методы оптимизации при доводке и проектировании газотурбинных двигателей/А. П. Тунаков. - М.: Машиностроение, 1979. - 184 с.

72. Химмельблау, Д. Прикладное нелинейное программирование / Д. Химмельблау (пер. с англ). - М.: Мир, 1975. - 534 с.

73. Худсон, Д. Статистика для физиков / Д. Худсон. (пер. с англ). -М.: Мир, 1970. - 296 с.

74. Черкез, А. Я. Инженерные расчеты газотурбинных двигателей методом малых отклонений / А. Я. Черкез. - Москва: Машиностроение, 1965. - 380 с.

75. Шляхтенко, С.М. Теория двухконтурных турбореактивных двигателей / С.М. Шляхтенко, В.А. Сосунова. Под ред. - М.: Машиностроение, 1979.

- 432 с.

76. Эйкхоф, П. Основы идентификации систем управления / П. Эйкхоф. (пер. с англ). - М.: Мир, 1975. - 683 с.

77. Юлдыбаев, Л.Х. Метод определения диагностической ценности признаков состояния ГТД / Л.Х. Юлдыбаев, Х.С. Гумеров, А.М. Ахмедзянов // Испытания авиационных двигателей. - Уфа, УАИ, 1978. № 6. С. 46 - 50.

78. Янкин, В. И. Система программ для расчета характеристик ВРД на ЭЦВМ / В. И. Янкин. - М.: Машиностроение, 1974. - 168 с.

79. Ebsilon Professional // http://www.evonik-energyservices.de/.

80. Ellis, L.G. Jet Engine Condition Monitoring Without AIDS / L.G. Ellis.

- SAE Preprint 720815, 1972.

81. GASTURB 7.0 for Windows / TU Muenchen // http://www.lfa.mw.tu-muenchen.de/gasturb.htm.

82. GECAT / Universitat of Alabama, USA // http://www.srs.com/pro-grams/pro grams. asp.

83. Jose, R., Celaya Abhinav, S., Kai, G. Uncertainty representation and interpretation in modelbased prognostics algorithms based on Kalman filter estimation

/ R. Jose, S. Celaya Abhinav, G. Kai // Annual conference of the prognostics and health management society 2012, vol. 3. - Minneapolis USA. - 2012.

84. Li Y.G. Performance analysis based gas-turbine diagnostics: A review, Proceedings of the Institute of Mechanical Engineering, Part A: Journal of Power and Energy, vol. 216, no. A5, 2002.

85. Ntantis, E.L. Capability expansion of non-linear gas path analysis Ph.D. Thesis / E.L. Ntantis // Cranfield University. - England. - 2008.

86. Panov, V. Model-based control and diagnostic techniques for operational improvement of gas turbine engines / V. Panov // Proc. of 10th European Tur-bomachinery Conference, Lappeenranta, Finland, 15-19 April 2013.

87. Pontzer, A.E. Unique aspects of flight testing unmanned aircraft systems / A.E. Pontzer, M.D. Lower, J.R. Miller // Flight Test Technique Series, vol. 27, pp. 1 - 78. - 2010.

88. Sankar, B. Aero-thermodynamic modelling and gaspath simulation for a twin spool turbo jet engine / B. Sankar, T. Subramanian, B. Shah, V. Vanam, S. Jana, S. Ramamurthy, R. Satpathy, B. Sahoo, S. Yadav // ASME Gas Turbine India Conference. - 2013.

89. Simani, S. Identification and fault diagnosis of a simulated model of an industrial gas turbine / S. Simani // IEEE Transactions on industrial informatics, vol 1, Issue 3, pp. 202 - 216, 2005.

90. The Java Gas Turbine Simulator - Разработка: университет Толедо, США - Среда моделирования газотурбинных двигателей, - http// mem slab.end.utoledo.edu/'jreed/jgts/JavaGasTurbmeSimuIator.html.

91. United Cycle // http://www.linux.org.ru/gallery/screenshots/3636372.

92. Urban, L.A. Parameter selection for multiple fault diagnostics of gas turbine engines / L.A. Urban. - ASME Pap. N. 74 - GT - 62. - 1974.

93. Wei, X. Aircraft engine sensor fault diagnostics based on estimation of engine's health degradation / X. Wei, Y. Guo // Chinese Journal of Aeronautics, vol. 22, pp. 18 - 21, 2009.

Приложение № 1

Система Ebsilon Professional

Ebsilon Professional (разработка фирмы Evonik Energy Services, Германия) для решение задач энергетических предприятий [79]. Используется для проектирования, оценки и оптимизации различных источников энергии и моделирования различных темодинамических процессов [51]. Может быть использован для определения оптимальных режимов работы энергоустановок в различных вариациях их компоновки на этапе проектирования. Может быть использован при эксплуатации для оценки возможных потерь и улучшения работы энергетических систем. Включает модули, предназначенные для наблюдения и оптимизации работы энергоустановок в режиме реального времени.

Ebsilon Professional имеет высокую степень интеграции с MS Windows и MS Office. Система подходит для всех типов задач связанных с термодинамическим моделированием стационарных энергетических систем. Математическое ядро имеет хорошую точность и устойчивость позволяя решать системы нелинейных уравнения баланса мощностей и массового расхода.

Анализ данных (см. прил. 1, рис. 1.1), составление моделей процессов происходит в графическом интерфейсе, с помощью модулей узлов, которые имеют математическое наполнение и графическое представление, что позволяет обозначить необходимые связи между узлами.

Моделирование осуществляется с помощью 95 различных модулей узлов (см. прил. 1, рис. 1.2). Таких как турбины, теплообменники, котельные, насосы, генераторы, газовые турбины, камеры сгорания, котлы, газификаторы, топливные элементы градирни, фен, фильтры, сепараторы, вентиляторы и т.д [51]. Существует библиотека модулей узлов которая содержит параметры узлов по

OfJJfflmQQ

h ! ! H S 1 ц

a Í И И

™ ъ п

« 3 з

Щ ш ел

й и

5 £ (л

I ï S

i

0 5'

1 Í 1 * ■s. а а I i

I i

а -

ff Í1 ? ï (i

if Í 4)

Ш ñ ï ?

В с ö :

i

О 3 üi

S, il

(1 »

! з

И Ï з

п n а о ч

S 11

S jjj

0 " S

1 ?

о 3 5

а

?! <3

Î

о

! а

I *

И

а л ■ и

S з s »

J n

с

я

J

5' о

a 5

ï о IL Hi* * i о

л ï

А s

3 i.

< < 2 H I I T

S ü J Í § Í 7

M - z 2 Z z z

z z

Д 11

n tfl

g s

0 m

to H

и >

z

г

ií

it

i

í

s

п

a

í

ü.

£

u

0

J

< <

Расчеты (см. прил. 1, рис. 1.3) можно производить с различными газообразными и твердыми топливами (каменный уголь, бурый уголь, газ, нефть, водород, биомасса и т.д.) Есть расчет состава выхлопа. Ebsilon Professional яв-лятся достаточно мощным инструментом для создания моделей нескольких электростанций, систем отопления района с полной детализацией с линиями мощностных [51], электрических, паровых связей.

Рисунок 1.3 - Графическое представление результатов расчета

Система АСТРА

АСТРА - Автоматизированная система проектного термогазодинамического расчета авиационных ГТД (разработки СГАУ им. академика С.П. Королева, кафедры теории двигателей летательных аппаратов) [69]. Программный комплекс является составной частью автоматизированной системы термогазодинамического проектирования и анализа ГТД АСТРА и предназначен для проведения проектных термогазодинамических расчетов 16-ти наиболее распространенных типов и схем авиационных ГТД в процессе выполнения курсового

и дипломного проектирования [51]. Процесс организации расчетов осуществляется в компьютерной среде, начиная с выбора схемы двигателя на экране дисплея (см. прил. 1, рис. 1.4) и ввода исходных данных узлов модели и заканчивая выполнением расчетных процедур и документирования результатов в виде таблиц и графиков.

Основные возможности подсистемы: 1) выполнение проектного термогазодинамического расчета двигателя; 2) учет зависимости теплофизических свойств рабочего тела от его состава и температуры; 3) учет влияния влажности воздуха, поступающего в двигатель; 4) расчет при параметрах атмосферного воздуха, отличающихся от стандартных; 5) расчет с различными видами топлив; 6) расчет коэффициентов влияния; 7) связь и обмен данными с внешними программами (Excel) [51].

Файл Настройки Справка

| Выбор схемы ллиглТ'"' ня

I

_Одновальный ТРД с коническим соплом_

_Двухвапьный ТРД с коническим соплом_

_Одновальный ТРД с соплом Лаваля_

_Двухвальный ТРД с соплом Лаваля_

Одновальный ТРДФ с соплом Лаваля_

_Двухвальный ТРДФ с соплом Лаваля_

_Двухвальный ТРДД_

_Трехвальный ТРДД_

_Двухвальный ТРДД см_

_Трехвальный ТРДДсм_

_Двухвальный ТРДДФсм_

_Трехвальный ТРДДФсм_

_Одновальный ТВД_

_Двухвапьный ТВД_

Двухвальный ТВД с одно каскадным компрессором и СТ Трехвальный ТВД с двухкаскадным компрессором и СТ Двухвальный ТВаД с однокаскадным компрессором и СТ Трехвальный ТВаД с двухкаскадным компрессором и СТ

Рисунок 1.4 - Выбор расчетной схемы

Система United cycle

United Cycle (разработка СПбГТУ, Санкт-Петербург, Россия) САПР Тепловых Схем ПГУ узкоспециализированный пакет для расчётов теплового и массового балансов электростанций [91]. Разрабатывается с 1986 года. Фактически, является единственной отечественной разработкой такого класса программой, позволяющей нарисовать (см. прил. 1, рис. 1.5) достаточно детальную схему, параметризовать её и рассчитать различные режимы. Используется на крупных электростанциях России.

Предыдущая версия разработана на Borland C++ и библиотеке OWL2 под Windows. Новая версия - QT4+QWT5+boost и gcc3/gcc4, кроссплатформенная

[51].

Рисунок 1.5 - Схема "из головы" двухконтурной АЭС (не чернобыльского типа) Зарубежные аналоги - Gate Cycle, Thermo flow, PEPSE, ImpsePRO, Solvo

Система GASTURB

Система GASTURB (ver. 5.2) программа газодинамического расчета рабочих характеристик и нерасчетных режимов работы ГТД (разработка университета Карлсруэ, Германия) представляет собой упрощенную, но весьма точную программу газодинамических расчетов [81]. Она позволяет разделять двигатели: турбореактивные и турбо-вальные (с теплообменником и без него), а также турбовентиляторные (со смешением и без смешения) и т.д. (см. прил. 1, рис. 1.6). Применяется для проведения базовых исследований и приобретения навыков по принципам расчета и работы ГТД.

Ввод входных параметров осуществляется в оконном интерфейсе (см. прил. 1, рис. 1.7), вывод результатов расчета в виде диаграмм. Позволяет моделировать нерасчетные режимы работы двигателя [51]. Для расчета необходимо зафиксировать расчетную точку на характеристике компрессора. Характеристика турбины не используется. Можно просчитать как единственную точку нерасчетного режима, так и рабочую линию полностью. Рабочая линия представляет собой серию точек, начинающихся с рабочей точки и следующих далее по мере убывания частоты вращения. Расчет каждой точки требует итераций.

Более поздняя версия системы GASTURB (ver.7.0 for Windows) обладает более развитой графической оболочкой (разработка университета г. Мюнхен, Германия) и является усовершенствованной версией программы GASTURB 5.2. Программа позволяет произвести расчет турбореактивного двигателя с сужающимся и расширяющимся соплом, турбореактивного двигателя с форсажной камерой сгорания и сужающимся и расширяющимся соплом, одновального и двухвального двигателя, двухвального с теплообменником [51], турбовентиляторного без смешения потока и со смешением потока, прямоточного воздушно -реактивного двигателя.

I шт тжщш шш - щщт

ПН Engine Configuration

GasTurb10

1203.741 1203.741 1167.629 1167. 62 9

Task

<♦) Calculate Single Cycle O Parametric Study O For Experts Only O For Experts Only O For Experts Only

Off-Design

Component PAaps

• Standard

For Experts Only 1 For Experts Only

Рисунок 1.6 - Головное меню системы

Рисунок 1.7 - Задание входных данных для выбранной схемы

Моделирование неустановившихся режимов [66] строится на учете баланса мощностей между компрессором и турбиной (полярный момент инерции

вала). Другие явления, имеющие место в протекании неустановившихся режимов работы, имеют ограниченное влияние на результаты. Таким образом, динамика заполнения объемов, теплопередача, изменение радиальных зазоров и т.д. в программе не учтены. Результаты расчета могут быть представлены в виде диаграмм и графиков.

Система GSP

Система GSP (Амстердам) является развитием системы GASTURB и позволяет моделировать ГТД с использованием модулей узлов из которых он состоит (см. прил. 1, рис. 1.8). Связи узлов (физические и газодинамические) указываются пользователем и на основе этого строится система нелинейных уравнений [51], решение которой позволяет получить совместную точку работы этих узлов [88].

Рисунок 1.18 - Схема ГТД представляемая в системе

Система GECAT

Система GECAT (разработка: университет Алабама, США, только для использования на территории США) инструмент для анализа цикла двигателя это программное аналитическое обеспечение (см. прил. 1, рис. 1.9), разработанное для проектирования и анализа цикла ВРД [78]. Оно состоит из одобренной НСА программы работы двигателя (NEPP) в графическом режиме.

Hier '.-ornpressiH i ;Nonie

Ibs Futfl

Flight C[ nd *ions

Ouluut Disprav

Eriillsh Unit;

Eue] ne S -ie

Itjrnmr/lt) Air

H&94

&amm.5= im

Alrspeed

AHitude

Thratlle hOO.D

Рисунок 1.9 - Выбор схемы и задание входных данных системы

Система GECAT была разработана для армейской авиации США и командования ракетными войсками. NEPP выполняет одноразмерный термодинамический анализ конфигураций ВРД. Вне проектные характеристики объектов (ВРД) рассчитываются с использованием карт характеристик отдельных компонентов. GECAT облегчает процесс разработки и анализа ВРД. К характерным особенностям системы относятся:

1) возможность компоновки схемы двигателя из «галереи двигателей»; 2) использование при расчетах различные видов топлива; 3) заложенные библиотеки характеристик компрессора и турбины [51]; 4) вывод информации в виде

двух и трехмерных изображений; 5) составление документации по результатам расчета; 6) помощь по системе и руководство пользователя в режиме online.

Система JGTS

Система The Java Gas Turbine Simulator (JGTS) (разработка университета Толедо, США) - это среда моделирования газотурбинных двигателей (см. прил. 1, рис 1.10), разработанная для того, чтобы помочь студентам лучше понимать сложную природу функционирования газотурбинных двигателей [90], особенно реактивных авиадвигателей [51].

Рисунок 1.10 - Моделирование ГТД методом графов

К возможностям системы относятся: 1) моделирование как установившихся, так и неустановившихся режимов работы газотурбинного двигателя; 2) анализ точек расчета и точек, не участвующих в текущем расчете; 3) конструирование моделей двигателей произвольных схем (количество компонентов не ограничено); 4) интерактивный графический

интерфейс с развитой графической оболочкой; 5) вывод результатов моделирования в режиме реального времени; 6) визуализация результатов после окончания процесса расчета; 7) запуск программы на любом компьютере, оснащенном браузером с поддержкой Java; 8) простота и хорошая документированность математических моделей [51].

Поскольку система разработана в первую очередь для обеспечения учебного процесса, в практическом применении к реальным задачам она имеет существенные ограничения, а именно, невозможность сохранения результатов моделирования при запуске программы как Java апплета [51].

Система DVIG

Система DVIG, созданная при помощи системы САМСТО (разработка УГАТУ, Россия) позволяет:

1) сгенерировать модель теплового двигателя и энергоустановки произвольных схем с переменным рабочим циклом (см. прил. 1, рис. 1.11); 2) провести анализ сгенерированной модели; 3) задать условия расчета (ограничения, накладываемые на некоторые параметры и их функциональные зависимости); 4) выполнить прямой расчет двигателя или энергоустановки; 5) выполнить поверочные расчеты на установившихся и неустановившихся режимах работы (рассчитать нагрузочные, высотно-скоростные, дроссельные, климатические и пр. характеристики); 6) выполнить параметрическую и структурную идентификацию модели; 7) документировать и хранить результаты [51].

Система имеет достаточно развитую графическую оболочку [29, 51, 63], выполненную в рамках объектного проектирования среды Windows.

Просмотр результатов расчета производится либо непосредственно в модели посредством специального окна «Результаты расчета», либо в специальном файле результатов, в который выводятся все указанные пользователем параметры в одной или нескольких точках расчета. Система позволяет просмат-

ривать результаты в виде текста, таблиц, двух и трехмерных графиков. Сохранение созданной модели осуществляется путем записи модели в файл в указанном пользователем каталоге.

Рисунок 1.11 - Создание расчетной схемы ГТД в системе

Для ОКБ и заводов, помимо DVIG, предлагается ряд приложений системы САМСТО, выполненных в этой технологии: PARLOP (термогазодинамическое и теплофизическое моделирование турбин и компрессоров) [51], RASCAD (формирование геометрического облика ГТД), РЕДУКТОР (моделирование редукторов и коробок приводов агрегатов), САМАС (моделирование механизмов), МАСИС (моделирование систем смазки).

CAE-система EngineSim v.1^

Разработана в NASA Glenn Research Center (см. прил. 1, рис. 1.12). Интерактивная программа выполнена в виде апплета, что делает ее кроссплатформен-ной, но требует наличие браузера и среды исполнения Java Virtual Machine. Данную программу можно считать наиболее простой из числа рассматриваемых с

точки зрения конечного пользователя, поскольку она имеет самый простой интуитивно понятный интерфейс[43].

Рисунок 1.12 - Графический интерфейс EngineSim v.1.8a

Простота программы также обусловлена небольшим функционалом, имеется всего два режима работы:

1) режим проектирования (Design Mode), в котором можно изменять условия полета, размерность двигателя, а также параметры основных узлов двигателя; 2) режим тестирования в аэродинамической трубе (Tunnel Test Mode), в котором можно изменять только условия полета и дросселированное двигателя. Облик двигателя при этом остается неизменным. Выходные данные могут отображаться в следующем виде: 3) графический вывод данных, который позволяет отобразить графики изменения температуры и давления по сечениям проточной части двигателя, а также графики в Т-s, p-V координатах; 4) вывод значений параметров двигателя и вывод значений параметров узлов.

Интересной особенностью данной программы является предупреждение о том, что температура в проточной части двигателя превысила температуру,

которую может выдержать материал (см. прил. 1, рис. 1.13). Это ограничение отображается также на графике (Limit). В этой программе реализован ограниченный выбор схем двигателей: одновальные ТРД, ТРДФ, ТРДД и ПВРД. При этом имеется набор готовых схем двигателей: J85, F100, CF6 и ПВРД. Таким образом, EngineSim может использоваться начинающими пользователями, например, студентами, для исследования влияния различных параметров двигателя на его тягу.

Рисунок 1.13 - График изменения полной температуры по сечениям CAE-система Uni_TTF v.5.22

Разработана в ОКБ имени А.Люльки ОАО «УМПО». Программа работает под операционными системами семейства Microsoft Windows. Данная CAE-си-стема обладает простым интуитивно понятным интерфейсом. Простота интерфейса, как и в случае с EngineSim, обусловлена ограниченным выбором схем двигателей [43], а именно использованием универсальной схемы ТРДД, и небольшим функционалом. Имеется возможность использовать только модели

различных компоновок ТРДД, который является наиболее распространенной схемой ГТД.

Система Uni_TTF аналогично GasTurb и GSP помимо типовых характеристик узлов позволяет использовать произвольные (пользовательские) характеристики посредством загрузки файла в текстовом формате, которые также отображаются в пользовательском интерфейсе (см. прил. 1, рис. 1.14). Полезной опцией данной системы является отображение отборов воздуха как на нужды двигателя, так и на самолетные нужды в графическом виде (см. прил. 1, рис. 1.15). У начинающих пользователей может вызвать затруднение увязка двигателя, поскольку большинство действий выполняется вручную, для чего пользователю необходимо обладать теоретической базой. Система Uni_TTF может использоваться как для учебного процесса, так и для инженерных расчетов ТРДД (используется в НТЦ им. А. Люльки, НПО «Сатурн» и др.).

Рисунок 1.14 - Графическое отображение характеристики компрессора в интерфейсе Uni_TTF

Рисунок 1.15 - Графическое отображение отборов воздуха

Все рассмотренные CAE-системы имеют примерно одинаковые функциональные возможности и применяются различными категориями пользователей для решения широкого круга задач, как при концептуальном проектировании ГТД, так и в процессе подготовки специалистов [43]. Для расчета и анализа энергетических установок со сложными циклами (паротурбинных, парогазовых установок, тепловых насосных установок и т.д.) наиболее приспособлена система DVIG. Для предварительной оценки параметров ГТД классических схем с минимальными временными затратами целесообразно использовать систему EngineSim. Система GasTurb более других подходит при решении многодисциплинарных задач, в которых необходимы оценки массы, габаритных размеров с последующим визуальным формированием проточной части и оценки эмиссионных характеристик ГТД и ГТУ. Для решения задач имитационного моделирования могут быть использованы GasTurb, Uni_TTF и АСТРА.

При обязательном учете эмиссии вредных веществ целесообразно использовать систему GSP, позволяющую оценивать эмиссионные характери-

стики несколькими методами. Задачи многокритериальной нелинейной оптимизации параметров и оптимизации программ регулирования двигателя с моделированием полета самолета позволяет решить система АСТРА.

Общим недостатком представленных систем является отсутствие возможности адекватной оценки показателей шума двигателей на стадии концептуального проектирования. Разработка математической модели оценки шума двигателей применительно к этой стадии проектирования является актуальной и важной задачей, поскольку ограничения по шуму существенно влияют на выбор оптимальных параметров рабочего процесса ГТД. В настоящее время к разрабатываемым двигателям предъявляются всё более жёсткие требования по экологическим характеристикам. Использование математических моделей шума и эмиссии при оптимизации параметров двигателей позволят получать более адекватные результаты.

Важным направлением совершенствования моделей для концептуального проектирования ГТД является разработка многоуровневых одно -двух-трех мерных взаимоувязанных моделей для их применения на последовательно развивающихся стадиях оптимизации проекта. Другим актуальным направлением совершенствования САЕ-систем ГТД является создание гибридных экспертных систем проектирования и анализа, которые будут включать в себя не только математические модели, но и логико-лингвистические модели представления накопленных знаний. Причем эти модели должны быть ориентированы на разработку перспективных двигателей следующих поколений.

Система АС ГРЭТ

Программный комплекс (ПК) АС ГРЭТ (см. прил. 1, рис. 1.16) (газодинамические расчеты энергетических турбомашин разработка КГЭУ, Россия. Является дальнейшем развитием ПК АС ГРАД (газодинамические расчеты авиационных двигателей разработанной КНИТУ-КАИ) обеспечивает выполнение большинства термогазодинамических расчетов, связанных с проточной частью

газотурбинных, комбинированных двигателей и установок, и двигателей с изменяемым рабочим процессом на всех этапах жизненного цикла, включая проектирование, испытания, доводку, серийное производство и эксплуатацию двигателя [53, 54, 59].

Рисунок 1.16 - Основное окно ПК АС ГРЭТ

АС ГРЭТ является открытой системой, допускающей подключение модулей любых нужных узлов и модулей реализующих новые задачи. Система обеспечивает моделирование двигателей (см. прил. 1, рис. 1.17) с не существенным ограничением (до 5 валов и до 5 контуров с возможностью увеличения их числа при необходимости). Общее число узлов в схеме не должно превышать 50.

Позволяет рассчитывать различные характеристики (дроссельные, вы-сотно-скоростные, климатические, скоростные и пр.) на установившихся режимах. Различные характеристики на переходных режимах работы (включая приемистость, встречную приемистость, сброс и встречный сброс оборотов), а также запуск двигателя (характеристики стартера либо задаются, либо могут быть определены).

«■ т н

гР л «Ч и * ф) Р:

Рисунок 1.17 - Создание шифра схемы ГТД в ПК АС ГРЭТ

Вид характеристик задается через входные данные, с ними же вводится структура выводимой информации (см. прил. 1, рис. 1.18).

Рисунок 1.18 - Выполняемые задачи в ПК АС ГРЭТ

АС ГРЭТ позволяет формировать облик двигателя, т.е. выбирать параметры и основные размеры проточной части, обеспечивающие создание двига-

теля, с заданными техническими условиями, производить оптимизацию параметров двигателя, обеспечивающую максимум или минимум заданной функции цели, скалярной или векторной. При этом могут варьироваться любые параметры из входных данных, а на выходные данные могут накладываться любые ограничения. Используются различные алгоритмы оптимизации с их автоматическим выбором в процессе поиска (см. прил. 1, рис. 1.19).

р.1] Идентификация 11 (13,07.20).РАТ | файл Выполнить Результаты расчета по задаче

М 411 ^лп, ]в * иг *

Использовать Режим Измеряемые параметры (А1Ч) Варьируемые параметры (АУТ) Константы идентификации (ГГГ МР)

Количество расчетных режимов 1' 3

Расчетные режимы ММ двигателя Значения ПЗР для используемых законов невязок КРА

Наименованме/№ режима Режим №1

Число маха Мг о| 0 288,15 0,101325 60000

Высота полета Н, м

Температура невозмущенного потока Тн, К

Давление невозмущенного потока Рн, МПа

[1002] п1 = 60000.00 об/м Частота вращения 1 вала двигателя

Веса режимов работы (Р)

Наименование/149 режима Режим № 1

Веса режимов работы

Сохранить как Обновить X

Рисунок 1.19 - Выполнение задачи оптимизации в ПК АС ГРЭТ

Кроме того, возможна идентификация математической модели двигателя по результатам его испытаний на стенде или в полете, т.е. производится уточнение малодостоверной информации во входных данных, выбираемой пользователем. При этом обеспечивается идентификация на установившихся режимах по измеренным параметрам и на переходных режимах по параметрам, снимаемых с осциллограмм (см. прил. 1, рис. 1.20).

АС ГРЭТ позволяет производить техническую диагностику двигателя по измеряемым термогазодинамическим параметрам с выявлением одного, двух или трех дефектов, имеющихся в проточной части двигателя.

Рисунок 1.20 - Выполнение задачи идентификации в ПК АС ГРЭТ

АС ГРЭТ позволяет проводить моделирование испытательных стендов ГТД и его узлов с последующей аттестацией еще не выполненного в металле проектируемого стенда, используя специальную задачу «стохастическая модель ГТД и его узлов».

АС ГРЭТ позволяет получать так называемые «передаточные» модели ГТД, испытательных стендов ГТД, и его узлов для проектирования отладки САУ и ПНК (пилотажно-навигационных комплексов).

АС ГРЭТ позволяет интегрировать математические модели ГТУ и САУ и проводить расчеты с целью выбора оптимального управления ГТУ и отладки закладываемой САУ (определение значений настроек коэффициентов обратных связей и т.п.).

АС ГРЭТ позволяет выходные параметры передавать и отображать графически в Excel (см. прил. 1, рис. 1.21).

До начала перестройки АС ГРЭТ использовался практически на всех предприятиях бывшего Советского Союза [51], занимавшихся созданием газотурбинных двигателей различного назначения.

Рисунок 1.21 - Графическое отображение расчетные данных в ПК АС ГРЭТ

Он успешно конкурировал с программами, созданными в других организациях. Некоторые из этих предприятий за годы перестройки прекратили свое существование, но информация об этом у нас отсутствует. У многих предприятий изменились названия, но не все они нам известны. Поэтому ниже перечислены все предприятия, которые используют или ранее использовали хотя бы один модуль из программного комплекса АС ГРЭТ. Использованы зарегистрированные у нас названия.

1) Авиамотор, Казань; 2) завод им. В.Я. Климова, Санкт-Петербург; 3) КАМАЗ-НТЦ, Набережные Челны; 4) КМПО, Казань; 5) КБ «СОКОЛ», Казань; 6) АООТ ЛМЗ, Санкт-Петербург; 7) НЗЛ, Санкт-Петербург; 8) НИИД, Москва; 9) ОКБМ, Омск; 10) НПО Салют, Москва; 11) НПО Сатурн, Москва; 12) СКБ «Турбина», Челябинск; 13) СКБ по Компрессор-строению, Казань; 14) СНТК им. Н.Д. Кузнецова, Самара; 15) НПП Союз, Москва; 16) ОАО НПП «АЭРОСИЛА», Ступино; 17) УКБМ, Уфа; 18) УАО «Гидравлика», Уфа; 19) КОМПАНИЯ ЭНЕРГОМАШ(ЮК)ЛИМИТЕД, Санкт-Петербург; 20) УЗГА, Екатеринбург [51].

Кроме того, ПК АС ГРЭТ и его отдельные модули используются в зарубежных фирмах, находящихся в следующих странах:

1) в Канаде; 2) во Франции; 3) в Германии; 4) в Израиле (Технион); 5) в Латвия (РИИГА); 6) в Украине, (КИИГА, Южный турбинный з-д, Николаев, ЗМКБ «Прогресс» им. А.Г. Ивченко, Запорожье); 7) в Южной Корее (KIMM, Samsung, Doosan); 8) в Китае.

Также ПК АС ГРЭТ используется в ряде вузов в учебном процессе «Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ, Казанский государственный энергетический университет».

ПК АС ГРЭТ вместе с его предшественником ПК ГРАД эксплуатируется более 30 лет, и прошла хорошую апробацию. Она наполнена моделями узлов 1, 2 и 3 уровней (в том числе с детализацией по ступеням и с двумерными газодинамическими моделями. Среди учитываемых факторов присутствуют практически все те, которые оказались необходимы при работе с разными организациями и над различными проектами с учетом назначения системы. Среди решаемых комплексом задач все те, что необходимы в бригаде перспективных разработок или расчетно-исследовательском отделе при проектировании и доводке двигателя, а также в процессе эксплуатации [51].

Преимуществом ГРЭТ перед другими системами является возможность моделирования ГТД любых схем, система открыта для пользователя и допускает подключение модулей любых нужных узлов с характеристиками и модулей реализующих новые задачи. Переносимость системы, наличие математического ядра, что позволяет адаптировать его для решения задач диагностирования.

Следует отметить, что одним из главных преимуществ ПК ГРЭТ, является наличие задачи идентификации [53] и отсутствие таковой в других системах. Без идентификации затруднительно получение адекватных математических моделей ГТД, а значит и применение таких систем при диагностировании ГТД.

Подпрограмма «Модель» предназначена для организации алгоритма решения системы уравнений путем многократного обращения к подпрограммам «Система уравнений» и «Одномерный поиск» (см. прил. 2, рис. 2.1). В подпрограмме «Система уравнений» формируется матрица коэффициентов системы уравнений (Якобиан) и столбец свободных членов. Для этого по результатам расчетов определяется линейная математическая модель, после дифференцирования которой получаются производные, входящие в якобиан. После обращения якобиана и умножения на столбец свободных членов вычисляются поправки к варьируемым параметрам. Для ускорения сходимости процесса последовательных приближений применяется подпрограмма «Одномерный поиск», назначение которой в определении оптимальной величины поправок к варьируемым параметрам, исходя из положения линии вдоль найденного направления поиска. В процессе поиска решения возможны случаи, когда значения варьируемых параметров примут нереальные значения, чтобы это не происходило, подпрограмма «Границы» осуществляет контроль за изменением значений варьируемых параметров и при необходимости осуществляет их уточнение. Уточнение проводится таким образом, чтобы варьируемые параметры не выходили за заданные пределы. Процесс последовательных приближений продолжается до тех пор, пока норма невязок, вычисленная в подпрограмме «Сумма», не станет меньше заданной £ (обычно £ = 0,0005 - 0,0001).

Подпрограмма «Двигатель», относящаяся к нижнему уровню иерархии, предназначена для автоматического синтеза расчётного алгоритма заданной схемы двигателя. Синтез осуществляется путем обращения к модулям узлов в соответствии с шифром схемы двигателя.

Шифр схемы представляет собой кодированную запись о требуемой последовательности расчета узлов двигателя, а также информацию о номерах контуров и валов.

Рисунок 2.1 - Макро блок схема алгоритма решения системы уравнений модуль «Модель»

В настоящее время модуль «Двигатель» обеспечивает синтез следующих 10 модулей узлов (см. прил. 2, см. рис. 2.2):

1. Входной диффузор: во входном диффузоре происходит процесс торможения потока воздуха. Возникающие при этом потери оцениваются с помощью коэффициента восстановления давления (ст). При этом величина (ст) может приниматься постоянной либо рассчитываться по зависимости от полетного числа Маха или от приведённого к САУ расхода воздуха.

2. Компрессор: данный модуль представляет универсальный алгоритм, позволяющий рассчитывать вентилятор, компрессора низкого, среднего и высокого давления. Кроме того алгоритм модуля позволяет вести расчеты без характеристик, с использованием характеристик, с использованием серии характеристик (полученных при повороте лопаток ВНА), учитывать влияние числа Рейнольдса, производить до (6) сосредоточенных или распределённых отборов воздуха.

3. Разделение потоков: модуль предназначен для разделения потока воздуха на два или три контура. В алгоритме модуля имеется возможность введения поправок к средним значением полей температур и давлений в каждом из контуров в зависимости от радиальной неравномерности этих полей. Поправки задаются в виде постоянных значений или зависимостей от относительной приведённой частоты вращения вентилятора.

4. Камера сгорания: в данном модуле осуществляется расчет расхода топлива и параметров газа на выходе из камеры сгорания. Предусмотрена возможность расчета статических параметров на входе в камеру сгорания. Кроме того, коэффициенты полноты сгорания ц кс и восстановления давления (сткс) могут быть заданы постоянными величинами либо вычисляться по зависимостям от приведенного расхода воздуха или числа Маха.

5. Турбина: алгоритм данного модуля (как и компрессора) универсальный, позволяет рассчитывать турбины низкого, среднего и высокого давлений. Кроме того, в нем предусмотрены следующие варианты расчетов:

Рисунок 2.2 - Макро блок схема алгоритма модуля «Двигатель»

- При постоянных на всех режимах работы значениях приведённого расхода воздуха и К.П.Д. турбины.

- С учетом характеристик турбины.

- С учётом серии характеристик турбины в случае регулируемого соплового аппарата.

- По заданной степени понижение давления в турбине.

- С учётом влияния числа Рейнольдса.

- С подводом охлаждающего воздуха из разных мест отбора.

При необходимости модуль позволяет определить статические параметры газа в выходном сечении, а также осуществить приведение ряда параметров к САУ.

6. Камера смешение: модуль используется для расчета процесса смешения газовых потоков различных контуров двигателя при условии равенства статических давлений в потоках перед смешением. Алгоритм модуля позволяет рассчитывать смешение между 1 и 2 контурами, 2 и 3 контурами, всеми контурами. В результате расчета определяются основные параметры газа после смешения.

7. Реактивное сопло: модуль предназначен для расчёта нескольких типов сопел, а именно:

- Сужающегося нерегулируемого сопла.

- Сужающегося регулируемого сопла.

- Нерегулируемого сопла Лаваля.

- Сопла Лаваля с регулируемой площадью горла.

- Сопла Лаваля с регулируемыми площадями горла и выходного сечения.

- Двух-поточного и трех-поточного сужающегося сопла с центральным регулируемым телом.

Учет потерь в алгоритме осуществляется при помощи скоростного коэффициента ф и коэффициента расхода ц, которые могут быть заданы постоянными или в виде зависимостей от располагаемой степени понижения давления в сопле - (л^).

8. Фор-сажная камера: данный модуль позволяет рассчитывать расход топлива, подводимый в фор-сажную камеру по заданной температуре фор-сажа - (Тф). Учет потерь полного давления осуществляется при помощи коэффициентов восстановления давления:

- Для гидравлических потерь (а*г).

- Для тепловых потерь (стт).

Оценка потерь процесса горения осуществляется коэффициентом полноты сгорания (^ф). Коэффициенты (стг, от, ^ф) можно задавать постоянными или виды зависимостей.

9. Теплообменник: алгоритм модуля позволяет рассчитывать два типа теплообменников:

- Рекуперативный.

- Регенеративный.

Причём, предусмотрена возможность использования экспериментальных или расчетных характеристик, а также проводить расчёты с постоянной степенью регенерации.

10. Переходный канал: данный модуль используется для расчета параметров газа в различного рода каналах соединяющих узлы двигателя. В нём осуществляется учет потерь полного давления при помощи коэффициента восстановления давления (ст), которой может быть постоянным либо вычислен по зависимости от числа Маха и приведённого расхода газа. При необходимости позволяет осуществить расчет статических параметров газа, а также произвести подвод или отбор газа в канале.

Более подробному описанию универсальной математической модели ГТД посвящены работы [4, 50, 74, 76].

Для расширения возможностей использования, повышения точности расчетов, а также для целей диагностики некоторые модули узлов универсальной математической модели подвергались доработкам, которые описаны ниже.

Таблица 3.1 - Коэффициенты влияния ТРД TJ-100A-Z при различных вариациях факторов

Массив результатов ±д +Д -а ±д +Д —Д ±д +Д —Д ±д +Д —Д

5тн 5тн 5тн 5рн 5рн 5рн 8пд0 8пд0 8пд0 авхУ авхУ авхУ

5тн 1,000 1,000 1,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000

5рн 0,000 0,000 0,000 1,000 1,000 1,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000

8пд0 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 1,000 1,000 1,000 0,000 0,000 0,000

О Гр* 01кво 0,579 0,580 0,578 0,001 0,002 0,002 0,773 0,782 0,764 0,0164 0,015 0,018

зркво -0,926 -0,902 -0,933 1,006 0,998 0,998 1,855 1,897 1,782 0,977 0,963 0,991

8ст -0,761 -0,730 -0,784 0,978 0,966 0,999 3,147 3,273 3,007 0,786 0,800 0,795

0,377 0,384 0,373 -0,010 -0,016 -0,001 1,106 1,134 1,073 -0,103 -0,095 -0,100

ярКс -0,935 -0,910 -0,962 0,996 0,994 0,997 1,865 1,932 1,795 0,969 0,971 0,971

0,452 0,460 0,448 -0,012 -0,020 -0,002 1,013 1,044 0,975 -0,134 -0,125 -0,131

зртво -0,835 -0,812 -0,856 0,993 0,987 0,995 1,730 1,800 1,655 0,881 0,889 0,884

-1,602 -1,561 -1,639 0,988 0,983 1,001 3,289 3,399 3,174 1,692 1,701 1,694

Продолжение таблицы п. 3.1

Массив результатов ±д +Д —д ±д +Д —Д ±д +Д —Д ±д +Д —Д

лк лК ч'к лкс лкс лкс °кс ^кс Окс

5тн 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000

5рн 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000

8пд0 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000

О гр* 01кво -0,165 -0,158 -0,174 -0,136 -0,129 -0,141 -0,002 -0,003 -0,002 0,130 0,132 0,128

зркво -0,319 -0,348 -0,288 0,156 0,134 0,174 0,003 0,004 0,019 -0,176 -0,190 -0,160

8ст -2,575 -2,731 -2,397 -1,854 -2,006 -1,712 -1,103 -1,097 -1,118 2,287 2,194 2,386

8тКСс -1,399 -1,478 -1,310 -1,240 -1,316 -1,169 0,056 0,051 0,057 0,985 0,932 1,041

ьрКс -0,400 -0,433 -0,364 0,084 0,060 0,107 0,006 0,004 0,004 0,764 0,747 0,780

-1,639 -1,738 -1,525 -1,458 -1,554 -1,369 0,058 0,051 0,060 1,147 1,081 1,217

зртво -0,489 -0,556 -0,411 -0,027 -0,086 0,025 0,003 -0,001 0,004 0,788 0,754 0,824

-0,904 -1,038 -0,763 -0,029 -0,134 0,075 0,005 -0,003 0,005 1,486 1,419 1,554