Методы и средства повышения эффективности турбоприводов сверхмалой мощности при начальном проектировании тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.05, кандидат наук Калабухов, Дмитрий Сергеевич

• Калабухов, Дмитрий Сергеевич
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Калабухов, Дмитрий Сергеевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДУЕМОГО ВОПРОСА.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ публикаций по вопросам повышения эффективности турбоприводов сверхмалой мощности

1.2 Обзор публикаций по экспериментальному оборудованию

для испытаний турбоприводов сверхмалой мощности

1.3 Используемые подходы к численному моделированию

газодинамических процессов в турбоприводах сверхмалой мощности

1.4 Обзор иностранных публикаций по исследованиям ТСММ

1.5 Цель работы и задачи исследования

2 ФОРМИРОВАНИЕ МЕТОДА ВЫБОРА ЗНАЧЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ОДНОСТУПЕНЧАТЫХ ТУРБИН СВЕРХМАЛОЙ МОЩНОСТИ

В СИСТЕМЕ ТУРБОПРИВОДА

2.1 Метод оптимального проектирования турбин сверхмалой мощности

2.1.1 Проблемы оптимального проектирования ТСММ

2.1.2 Постановка задачи оптимального проектирования

2.1.3 Области наивыгоднейших параметров и компромиссных решений

2.1.4 Используемые методы и алгоритмы численной параметрической оптимизации

2.2 Основные математические модели

2.2.1 Выбор и обоснование критериев эффективности

2.2.2 Выбор оптимизируемых параметров ТСММ

2.2.3 Обоснование и выбор расчетного режима

2.2.4 Параметрические и функциональные условия и ограничения

задачи оптимизации

2.3 Оценка эффективности турбоприводов сверхмалой мощности

на этапе начального проектирования

2.3.1 Влияние режимных и геометрических параметров ТСММ

. ч! >1 ' ,

|| I I I

на их энергетическую эффективность

2.3.2 Учет влияния параметров входных и выходных устройств

на эффективность ТПСММ

2.3.3 Оценка эффективности бортового ТПСММ по критерию суммарной массы рабочего тела и турбопривода

2.3.4 Стоимостные критерии эффективности

2.4 Выбор рациональных значений параметров турбин сверхмалой мощности

в условиях неопределенности исходных проектных данных

2.4.1 Влияние неопределенности исходной проектной информации при выборе параметров ТСММ

2.4.2 Метод и алгоритм выбора рациональных значений параметров

и типа ТСММ при структурно-параметрической оптимизации

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОДНОСТУПЕНЧАТЫХ ТУРБИН СВЕРХМАЛОЙ МОЩНОСТИ ДЛЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА

3.1 Планирование эксперимента при натурных и виртуальных экспериментальных исследованиях турбин сверхмалой мощности

3.1.1 Формирование планов факторного эксперимента

3.1.2 Методика определения диапазонов варьирования факторов

3.1.3 Диапазоны и уровни варьирования

режимных факторов Гт, Лт и фактора масштабности DM

3.1.4 Диапазоны и уровни варьирования факторами hCAID\{cp) и s

3.1.5 Диапазон и уровни варьирования геометрическими факторами ЦСТСММ

3.1.6 Диапазоны и уровни варьирования геометрическими факторами ОТСММ

3.2 Экспериментальное определение характеристик

турбин сверхмалой мощности

3.2.1 Объекты экспериментальных исследований

и планирование натурного эксперимента

" I I ' <1 Ч ' ( ' II ' I (I

3.2.2 Основные результаты натурных экспериментов

3.3 Численное моделирование газодинамических процессов в турбинах

сверхмалой мощности

3.3.1 Основные требования к расчетным конечно-элементным моделям ТСММ для численных газодинамических исследований

3.3.2 Описание процесса численного моделирования газодинамических процессов в ТСММ

4 ФОРМИРОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ОБЪЕМА И МАССЫ ТУРБИН СВЕРХМАЛОЙ МОЩНОСТИ

4.1 Формирование численно-аналитических

моделей объема и массы турбин сверхмалой мощности

4.2 Анализ влияния режимных и геометрических параметров

на массу турбин сверхмалой мощности

4.3 Удельная масса и габаритные критерии

эффективности турбин сверхмалой мощности

5 АПРОБАЦИЯ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДОВ

5.1 Оценка достоверности и эффективности разработанного метода

5.2 Формирование облика турбопривода коммутирующего

устройства

5.3 Возможные пути дальнейших исследований

в области начального проектирования ТПСММ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Определение параметров плана эксперимента

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Датчики тормозного стенда и погрешности измерения параметров

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Погрешности прямых и косвенных измерений

ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Результаты экспериментальных исследований ТСММ

ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Результаты визуализации виртуальной модели структуры

„ 1 ' ' '^'¡V't 1 Д ; » I , '11 > ' I I. ' , ,! ,

течения в проточной части ТСММ

ПРИЛОЖЕНИЕ Е. Статистический анализ результатов вычислительных экспериментов на примере корреляционно-регрессионного анализа значений КПД

турбин

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. Подпрограммы для параметрической оптимизации ТСММ

в среде MATLAB Optimization Toolbox

ПРИЛОЖЕНИЕ И. Акт об использовании результатов работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы и средства повышения эффективности турбоприводов сверхмалой мощности при начальном проектировании»

ВВЕДЕНИЕ

В разнообразных технических устройствах применяются микротурбины (МТ) в составе турбинных приводов (МТП), включающих помимо собственно МТ входные и выходные устройства.

В ряде предприятий и институтов разрабатывают МТП для привода различных агрегатов. В Самарском государственном аэрокосмическом университете исследования в области рабочего процесса МТ ведутся с 1958 года.

Первые исследования были посвящены рабочему процессу центростремительных турбин и созданию на их базе турбоприводов агрегатов летательных аппаратов. В дальнейшем область исследований была расширена на другие типы МТ: осевые, радиально-осевые и центробежные. Для этого было создано уникальное экспериментальное оборудование, которое применяется также и в учебном процессе для демонстрации рабочих процессов в турбинах. По результатам проведенных исследований создавались и широко внедрялись МТП в составе различных турбоагрегатов.

Отметим, что в названии работы фигурирует термин «турбопривод сверхмалой мощности», а не микротурбопривод или микротурбина. Существуют также понятия маломощной, малоразмерной, малорасходной турбины [1]. Все эти определения носят условный характер, однако во избежание различий в трактовании необходимо, путем обобщения информации, содержащейся в различной литературе, посвященной турбоприводам, сформулировать следующие понятия.

Турбина малой мощности {маломощная турбина, малорасходная турбина) - турбина для привода агрегатов, развивающая мощность на своем валу И? < 300.. .500 кВт, расход рабочего тела через которую составляет Сгт < 2.. .3 кг/с, а высота сопла (сопловой лопатки) кс < 10 мм при степени парциальности е = 1.

Микротурбина - турбина малой мощности (ЫТ = 0,01... 10 кВт), расход рабочего тела составляет не более 0,1 кг/с, а высота сопла (сопловой лопатки) Ис < 5 мм при степени парциальности 8=1.

Остальные маломощные турбины целесообразно называть малоразмерными

турбжами.1Ат/^ , ^ _..... ^ ^ ,, , < ( ( , ,,

(

Таким образом, в классе турбин малой мощности (ТММ) выделяются два подкласса, которые довольно существенно различаются друг от друга по величинам некоторых конструктивных и режимных параметров, а также по уровню максимально достигнутого КПД. В работе [1] отмечается, что при высоте лопатки hc< 5 мм происходит «обвальное» падение КПД. Высокие значения потерь в МТ обусловливаются низкими значениями числа Рейнольдса Re < 105, малой относительной длиной лопаток /гс = /гс / Z)cp, большими относительными величинами толщин кромок, зазоров и шероховатостей.

Термин «микротурбина», являясь зарегистрированной торговой маркой американской компании Capstone Turbine Corporation [2], которая производит автономные энергетические установки (ЭУ) малой мощности для привода электрогенераторов, зачастую дополняется термином «микротурбинный привод». Поэтому во избежание недоразумений предлагается вместо терминов «микротурбины» и «микротурбинный привод» использовать термины «турбина сверхмалой мощности» и «турбопривод сверхмалой мощности».

Турбоприводы малой мощности (ТПММ) можно классифицировать по различным признакам (рисунок 1). Видно, что ТПММ представляют собой широкий по своим основным данным класс турбин. При этом подкласс ТПСММ является более широким по сферам своего применения, чем малоразмерные агрегатные турбоприводы, что обусловлено очевидными особенностями первых: малыми габаритами и массой, а также большей потребностью многочисленных вспомогательных агрегатов различных отраслей промышленности именно в источниках энергии мощностью менее 10 кВт.

Например, в аэрокосмической технике ТПСММ широко используются в турбогенераторах электрической энергии, турбонасосах систем топливопитания, автономных вентиляторов систем кондиционирования и жизнеобеспечения, в агрегатах бортовых навигационных систем (например, в гироскопах) [3].

В промышленности используются ТПСММ в ручных пневмошлифовальных . и режущих инструментах, в молекулярных турбонасосах, в качестве турбодетан-

Классификация ТПММ

По области применения

ТПММ силовых установок летательных аппаратов) СУ ЛА)

ТПММ систем ЛА

ТПММ а1регатов космических аппаратов и их энергетических установок_

ТПММ наземного и водного транспорта_

ТПММ

промышленного назначения_

ТПММ

медицинского

назначения

По организации рабочего процесса

осевые ТПММ

радиальные

центростемительныс

ТПММ

радиалыю-осевые цен гроетеми тельные ТПММ

радиальные

центробежные

ТПММ

бироторные ТПММ

осевые ТПММ с эжектором_

ТПММ с повторным

подводом рабочего тела

По режимпо-КОНС1 руктмвным признакам_

одно-и

многоступенчат ые ТПММ

ТПММ с полным и парциальным подводом рабочего гела

ТПММ с полным и частичным облопачиванием рабочего колеса

ТПММ с активной или реактивной турбиной_

По типу подшипников

По характеру К'мерации рабочею тела

неавтономные ТПММ

автономные (ТПММ с собственными генера горами рабочего тела)

□ - для любых ТПММ:1 I - применительно только к ТПСММ Рисунок 1 - Классификация турбоприводов малой мощности

К достоинствам ТПСММ можно отнести: отсутствие необходимости в абсолютной герметичности блока, в котором он находится, и весьма низкую, по сравнению с другими типами микроприводов, удельную массу.

Главными недостатками являются:

- необходимость применения редукторов при высоких частотах вращения турбины и при потребной частоте вращения приводимого агрегата п < 104 мин"1;

- невысокие максимально достигнутые уровни КПД 01ттах = 0,6...0,65) в современных эксплуатирующихся ТПСММ;

- высокий уровень шума, достигающий 95-130 дБ при отсутствии средств для его снижения.

Как видно (рисунок 1), ТПСММ, являются довольно востребованными устройствами в различных отраслях транспорта, производства, медицины, поэтому повышение их эффективности является актуальной проблемой.

Степень разработанности темы. Несмотря на большое количество работ, посвященных увеличению экономичности ТПСММ, до сих пор недостаточно развиты методы проектирования многорежимных ТПСММ, направленные на макси-

мизацию их комплексной эффективности. Особенности применения ТПСММ требуют оценки их эффективности не только по энергетическим, но и по массога-баритным и стоимостным показателям. Кроме того, практически отсутствуют методики численного моделирования газодинамических процессов в парциальных ТСММ, работающих в широких диапазонах значений режимных параметров. Применение таких методик позволило бы уменьшить затраты на проектирование и разработать математические модели критериев эффективности. Поэтому важной задачей является разработка методов, позволяющих выбирать рациональные параметры ТПСММ различного целевого назначения.

Целью работы является повышение эффективности многорежимных ТПСММ с одноступенчатыми активными осевыми и центростремительными турбинами методами и средствами начального проектирования путём оптимизации геометрических и режимных параметров проточной части турбин и выбора оптимального расчетного режима при заданных условиях работы ТПСММ.

Задачи исследования.

1 Разработка математических моделей оценки рабочего процесса, массы и габаритов ТПСММ для формирования критериев эффективности турбопривода.

2 Разработка метода выбора рациональных значений параметров ТСММ осевого и центростремительного типов в системе турбопривода с учетом неполной проектной информации на этапе начального проектирования.

3 Применение методов численного моделирования газодинамических процессов к исследованиям одноступенчатых ТСММ для определения зависимостей интегральных газодинамических параметров от параметров режима и геометрии турбин с целью наполнения математических моделей рабочего процесса.

4 Экспериментальное определение характеристик турбин для верификации вычислительных экспериментов.

5 Разработка рекомендаций по повышению эффективности ТПСММ с помощью разработанных методов и средств начального проектирования.

Научную новизну диссертационной работы составляют:

Г, к) ¡1 )'. I Ч, {• V |> «I1 1 ' ' ' 1 1

- математические модели оценки КПД, удельного расхода рабочего тела, массы, габаритов и стоимости эксплуатации одноступенчатых ТСММ осевого и центростремительного типов, отличающиеся учетом ряда режимных и геометрических параметров и справедливые для диапазонов по параметру нагруженности 7Т = 0,1...0,4, степени понижения давления т^ = 1,05...6 и степени парциальности е = =0,1.. .1;

- метод выбора рациональных значений проектных параметров многорежимных ТПСММ с применением структурно-параметрической многокритериальной оптимизации в условиях неопределенности исходной проектной информации;

- рекомендации по применению методов теории планирования факторного эксперимента при численных исследованиях ТСММ, которые позволили существенно сократить число экспериментов для получения интегральных характеристик ТСММ при большом числе варьируемых параметров;

- методики расчётного определения интегральных параметров одноступенчатых осевых и центростремительных активных ТСММ на основе численных трёхмерных моделей течения в их проточной части, работающих в диапазонах, указанных выше.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость работы заключается в разработке метода выбора рациональных значений параметров одноступенчатых ТСММ в системе турбопривода в условиях неопределенности части исходной проектной информации. Практическая значимость заключается в том, что применение полученных в работе математических моделей критериев эффективности в разработанном методе выбора параметров позволяет сформировать рациональный облик ТСММ осевого или центростремительного типов на этапе начального проектирования. Полученные результаты направлены на повышение экономичности и улучшение массогабаритных показателей при заданных проектных условиях и ограничениях, а также на создание научно-технического задела для развития теории и расчета ТПСММ.

Разработанные методы формирования геометрического и режимного облика ^ ,1( ТСММ и расчетного определения их характеристик нашли, практическое приме-

нение в ОАО «НПО "Сатурн"», а также были внедрены в учебный процесс СГАУ.

В частности, результаты исследования были использованы при выполнении научно-исследовательских работ по теме «Разработка методов, алгоритмов, программного обеспечения, реализующих методологию автоматизированного концептуального проектирования рабочего процесса авиационных ГТД» в рамках государственного задания Министерства образования и науки Российской Федерации.

Объектом исследования является начальное проектирование ТПСММ.

Предметом исследования являются методы и средства выбора рациональных значений параметров одноступенчатых турбин сверхмалой мощности в системе турбопривода.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использованы методы системного и технико-экономического анализа, методы теории планирования и постановки натурного и вычислительного экспериментов, методы статистического анализа результатов эксперимента, методы векторной оптимизации. Численный эксперимент основывался на методах вычислительной газовой динамики, реализованных в программном пакете АЫ8У8 СБХ.

На защиту выносятся положения, составляющие научную новизну работы.

Достоверность полученных результатов обеспечивается применением эффективных планов эксперимента, корректностью математических моделей течения газа и используемых допущений при составлении расчётных моделей потока, статистической обработкой результатов расчётных и экспериментальных исследований с оценкой погрешностей измерения и адекватности результатов, сопоставлением теоретических результатов с практическим опытом эксплуатации созданных ТСММ.

Апробация результатов полученных в диссертационной работе, осуществлялась в рамках научных конференций: ХУ-ХУШ Международные конгрессы двигателестроителей (п. Рыбачье, Крым, Украина, 2010-2013 г.); Международная научно-техническая конференция «Проблемы и перспективы развития двигателе-строения» (г. Самара, 2011 г.); Международный научно-технический форум, по-

,1 1 С »1 0 , 1 < г » " , 1 и1! I '

священный 100-летию ОАО «Кузнецов» и 70-летию СГАУ (г. Самара, 2012 г.); XXXIX Международная молодежная научная конференция «Гагаринские чтения» (г. Москва, 2013 г.); Всероссийская научно-техническая конференция «Проблемы и перспективы развития авиации и авиастроения России (г. Уфа, 2013 г.); Всероссийская молодежная научная конференция с международным участием «XIV Королёвские чтения» (г. Самара, 2013 г.); VII Всероссийская молодежная научная конференция «Мавлютовские чтения» (г. Уфа, 2013 г.). Кроме того, результаты работы докладывались на научно-технических совещаниях СГАУ, УГАТУ и ОАО «НПО „Сатурн"».

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в двадцати печатных работах, в том числе пяти статьях в научных журналах, рекомендуемых ВАК, пяти статьях в зарубежных журналах и десяти тезисах докладов.

Структура и объем диссертации: Работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованных источников и тома приложений. Общий объем работы составляет 192 страницы, которые содержат 55 рисунков, 22 таблицы.

1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДУЕМОГО ВОПРОСА. ЦЕЛЬ РАБОТЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1 Анализ публикаций по вопросам повышения эффективности турбоприводов сверхмалой мощности

Наибольшее распространение в практике применения турбинных приводов в составе различных агрегатов получили турбоприводы с одноступенчатыми осевыми и центростремительными турбинами.

В рамках современного системного подхода к проектированию технических устройств формирование рационального облика ТСММ должно проводиться по комплексу энергетических, массовых, габаритных и технико-экономических критериев, определяющих ее эффективность в системе турбопри-вода.

Существует несколько направлений повышения эффективности ТПСММ

[3,4, 5]:

- газодинамическое совершенствование элементов проточной части

- математическая оптимизация геометрических и режимных параметров;

- определение областей целесообразного применения различных типов турбоприводов;

- улучшение технологии производства, обеспечивающее требуемую геометрию проточной части и чистоту поверхностей.

Большинство известных работ по ТПСММ посвящены экспериментальному изучению влияния различных конструктивных параметров на их экономичность с целью газодинамического совершенствования проточной части.

Одной из первых опубликованных работ в этом направлении была публикация [6], в которой были описаны особенности рабочего процесса центростремительных турбин (ЦС ТСММ): малые значения параметров нагруженности, высокие потери, в особенности выходные, парциальный подвод рабочего тела, малые высоты лопаток и размеры каналов сопловых и рабочих решеток, повышенное дисковое трение. Схема такой турбины показана на рисунке 1.1.

о

1

о

2

Рисунок 1.1- Схема ступени ЦС ТСММ

Дисковое трение рабочих колес ТСММ исследовалось в работе [7]. В ней показано, что удельная мощность газового трения о диск в ТСММ (и в осевых, и в центростремительных) может составлять до 25% эффективной мощности турбины, тогда как, например, в турбинах ГТД она не превышает 1%.

В работе [8] путем статических продувок СА ЦС ТСММ с густотой решеток (b/t(:p)cA = 1,26; 1,63 и 1,94 зафиксировано отличие коэффициентов скорости Ф не более чем на 2,5%, что сравнимо с экспериментальной погрешностью, а, значит, изменения ср в этом диапазоне не происходит. При этом не объясняется выбор величины конструктивного угла а1л = 18. Впоследствии, в работе [9] уточняется значение а1л= 12... 17° и объясняется выбор большего значения из рекомендуемого диапазона повышением технологичности изготовления СА без существенного снижения ф.

В статье [10] рассмотрена проблема выбора оптимальных «перекрыш» полуоткрытого РК при различной степени парциальности в области 71т = 2.. .6 и Гт = = 0,1...0,3. Здесь показано отсутствие влияния Ут на величины оптимальных «перекрыш» и существенное влияние л? и е. В ней показано, что отклонение величины верхней «перекрыши» от оптимальной сказывается на уменьшении КПД турбины гораздо существеннее, чем отклонение величины нижней «перекрыши» от ее математического оптимума.

В работе [11] изложены результаты исследований рабочего процесса в ЦС ТСММ, входных и выходных устройствах, направленных на повышение эффективности центростремительных многорежимных турбоприводов. Показано, что с использованием усовершенствованных в этой работе методов проектного расчета в диапазоне чисел ^ = 2...6и Гт = 0,1...0,3 можно добиться повышения КПД турбоприводов на 10... 30%. Публикация [12] посвящена расчетно-экспериментальному исследованию конфузорных и диффузорных выходных устройств (ВУ) на характеристики ЦС ТСММ. В ней показано, что использование конфузорного ВУ из-за затрат энергии на разгон потока в последнем, приводит к падению КПД турбины. Показано, что можно добиться снижения потерь с выходной скоростью в диапазонах Яг = 1,5...6 и Гх = 0,1...0,3, если применять диффузорное ВУ с отношением диаметра на выходе из него к диаметру на входе £)3//)2 = 1,1... 1,25. Однако в работе нет сведений по влиянию линейных габаритов ВУ на КПД привода. Не найдены такие сведения и в других публикациях по аналогичным вопросам.

Результаты исследований, изложенные в [13], посвящены рабочему процессу ЦС ТСММ при низких степенях понижения давления щ = 1,05...2. В некоторых случаях применение таких турбин целесообразно (например, для привода компрессора наддува двигателей внутреннего сгорания). В работе выявлены некоторые отличия в протекании рабочего процесса при низких щ от его протекания в средне- и высокоперепадных турбинах. Интересен вывод о том, что в низ-коперепадных турбинах рационально меридиональное профилирование СА, которое увеличивает г|т на 5... 8%.

Первой известной публикацией по осевым турбинам сверхмалой мощности или ОТСММ (рисунок 1.2) является работа [14]. Здесь автор отмечает, что в отличие от больших газовых турбин, в ТСММ толщина пограничного слоя соизмерима с поперечными сечениями каналов, вследствие чего он распространяется на все ядро потока. Установлено, что исследование микрорешеток с помощью зондов статического и динамического давления дает ошибочные результаты, т.к.

Рисунок 1.2 - Схема ступени ОТСММ

зана целесообразность измерения не локальных параметров потока, а интегральной оценки влияние того или иного режимного или геометрического параметра на рабочий процесс.

Весьма значимыми публикациями в области исследования ОТСММ являются [15, 16, 17]. В работе [15] исследовалось влияние формы профиля лопаток СА и РК на экономичность ступени. Установлено, что в диапазоне щ = 4...6 целесообразнее применять СА со сверхзвуковой формой профиля, который по сравнению с дозвуковым СА дает значительный прирост КПД, а при пг< 3 наибольший КПД дает дозвуковая форма профиля СА. Отмечено, что влияние профиля РК на Г|т, как и в больших турбинах, менее существенно, чем профиля СА. В работах [16] и [17] приведены результаты подробного исследования по определению оптимальной «перекрыши» для турбин с полным и парциальным подводом при различных осевых зазорах. Методом визуализации потока определена меридиональная деформация струи на выходе из СА, которая обуславливает большую величину «перекрыши». Установлено, что с уменьшением степени парциальности оптимальные значения верхней и нижней «перекрыш» снижаются, а величина осевого зазора не влияет на их значения.

В работе [18] приведены некоторые сведения по совместному влиянию радиальных и осевых зазоров ОТСММ с бандажом в диапазонах л1 = 2...6и 7Т = =0,1...0,3 при оптимальных перекрышах. Показано, что относительный осевой зазор в диапазоне значений 80=80//^А= 0,16...0,48 практически не влияет на

КПД при любых величинах радиального зазора и степени парциальности 8 = 0,1... 1. Повышение КПД наблюдалось при значениях 8r = < 1, а вплоть до

значения8,.= 3,5 оно сохранялось неизменным.

В публикации [19], посвященной изучению влияния высоты лопаток сопловых решеток турбин с полным впуском на аь ф и г|х, исследования проводились при постоянном диаметре Dcp = 46 мм, «горле» канала аг = 1,44 мм и оптимальной густоте решеток (b/tcp)CA = 1,55. При этом исследуемый диапазон чисел Маха Mis= 1,02... 1,9 при ал = 13° = const. Результаты динамических продувок выявили увеличении интенсивное возрастание КПД с ростом относительной Лса/Ар от 0,01 до 0,04. Сделан вывод, что турбины с hCA < 2 мм желательно не проектировать из-за «обвала» КПД. Работа [20], в которой впервые исследовано совместное влияние степени парциальности е и высоты /zca на КПД ОТСММ, дополнила результаты публикации [19]. В этих исследованиях для каждой СА с высотами лопаток /zca = 0,5; 1; 2; 3; 4; 5 мм изменялось число каналов так, чтобы степени парциальности имели значение 8=1; 0,75; 0,5; 0,25; 0,15; 0,1. Для каждого СА изготавливалось РК с высотами лопаток, определяющими оптимальные параметры «перекрыш». Степень понижения давления т^ менялась в диапазоне 2,93...5,89, a YT =0,1...0,3. В работе показано, что с уменьшением 8 усиливается влияние Пса на г|т, а при значениях е < 0,25...0,5 (в зависимости от Tt? и Гт) отмечено интенсивное возрастание г)т вплоть до значения /гСд = 5 мм, т.к. слишком велики потери от парциальности.

В работе [21] описана методика регрессионного анализа экспериментальных характеристик сопловых аппаратов ЦС ТСММ. Достоинством этой методики можно назвать ее применимость к анализу характеристик и РК, и турбины в целом, причем не только центростремительного типа. Однако описанная методика справедлива лишь при обработке результатов однофакторного эксперимента.

Большинство экспериментальных исследований ТСММ проводилось в од-нофакторной постановке и, как следствие, они характеризовались неоправданно

большим объемом требуемых экспериментов. Исключением здесь является ряд

j u / i . - >. 1 i. »Л V» ,к тт | , % , 1 г \ 1 *« I ч Л , I

f^ iM*/1 I' i1 Работ» сотрудников Нижегородского политехнического института, посвященных

' 1 ij (| | ■ Л/ i

исследованиям малоразмерных турбоприводов промышленного назначения, например работы [22, 23], в которых для исследований влияния ряда факторов на потери в решетках рабочих колес использовались планы эксперимента по полным факторным планам. Другие же работы, в которых планирование эксперимента использовалось бы для формирования универсальных математических моделей интегральных параметров ТСММ (КПД, мощность и др.), зависящих от множества параметров до настоящего времени были неизвестны. Вместе с тем, факторное планирование эксперимента довольно успешно применяется при испытаниях авиационных турбин [24].

Вопросы оптимизации параметров в большей мере были разработаны применительно к подклассу малоразмерных турбин. Однако имеются отдельные работы, посвященные разработке процесса оптимального проектирования ТСММ. Ввиду общего характера методологии оптимизации по отношению ко всему классу ТПММ, был проведен обзор публикаций по вопросам оптимизации параметров маломощных (малорасходных) агрегатных турбин.

Основные принципы проектирования малоразмерных турбин для привода авиационных и космических агрегатов изложены в [3], являющейся обобщением ряда работ по этому вопросу. Основное внимание уделено оптимизации конструктивных параметров для получения максимального КПД при заданных параметрах рабочего тела и некоторых конструктивных ограничениях. Для решения этой задачи авторы представляют выражение для оптимизации внутреннего КПД в следующем виде:

где Т1т' - лопаточный КПД турбины, имеющий те же Гт и щ, что и рассматриваемая турбина, но высота лопатки принимается бесконечной и считается, что турбина с полным подводом рабочего тела, а угол а! = 20°;

где гцД) - относительный КПД, учитывающее влияние высоты лопаток (вторичные потери и потери на трение диска);

(1.1)

Лт — Т1т<Л)Г1т(е)Г1т<с£1)'

(1.2)

т^- относительный КПД, учитывающее влияние парциальности (вентиляционные потери и потери на выколачивание);

тТт(а1)- относительный КПД, учитывающее влияние угла потока в осевом зазоре (концевые потери, потери с выходной скоростью, профильные и вторичные потери).

Аппроксимировав экспериментальные зависимости г|т =Ха1)> Лт =Де), Лт — =Х/г) с помощью регрессионных уравнений и увязав их с помощью параметра

л = ^ _? (1.3)

авторы получили возможность определить максимум параметра г}т, что соответствует решению частной задачи оптимизации. Введя параметр комплексной мощности

N.

( V

п

компл * I ,

\До

\МТ0 )

(1.4)

Рол

и связав его с параметром А можно получить критериальное уравнение связи основных параметров турбины

П(7т,^)-Ф(^) = у'^компл, (1.5)

где Ф(А) =А-\- функция, харакетризующая производительность турбины;

V' - параметр, зависящий от свойств рабочего тела.

Таким образом, в этих исследованиях была обеспечена возможность общего решения задачи оптимизации при заданных параметрах рабочего тела и некоторых конструктивных параметрах, в частности, при заданном А. Но авторы отмечают, что критериальный комплекс, а, следовательно, и количество оптимизируемых переменных определяется видом уравнения регрессии

Лт =ЛГт, Ъ, ЫЮх, 8, М), (1.6)

которое зависит от способа учета различных потерь в турбине. Выше было показано, что при исследовании ТСММ следует учитывать критериальные комплексы, определяющие влияние на г|т размерности турбины (например, влияние дис-

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Калабухов, Дмитрий Сергеевич, 2014 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Чехранов С.В. Особенности применения критериальных комплексов для выбора параметров малорасходных турбин / С.В. Чехранов // Изв. вузов. Авиационная техника.- КГТУ (КАИ).- Казань, 2002.- №i._ С.73-75.

2. Capstone© Turbine Corporation [Electronic resource] / microturbine.com [Official website].- 1997-2010.- URL:http://www.microturbine.com/.-31.12.2010.

3. Быков, H.H. Выбор параметров и расчет маломощных турбин для привода агрегатов [Текст] / Н.Н. Быков, О.Н. Емин. - М.: Машиностроение, 1972.- 228 с.

4. Наталевич, А.С. Воздушные микротурбины [Текст] / А.С. Наталевич -М.: Машиностроение, 1979.- 192 с.

5. Левенберг, В.Д. Судовые турбоприводы [Текст]: справочник / В.Д. Ле-венберг.-Л.: Судостроение-Л.: Судостроение, 1983.- 328 с.

6. Тихонов, Н.Т. Экспериментальное исследование влияния парциальности и высоты лопаток на работу воздушной центростремительной микротурбины [Текст] // Изв. вузов. Авиационная техника.- КГТУ (КАИ).- Казань, 1963.- №4.-С.139-149.

7. Блатов, А.Г. Мощность дискового трения в микротурбинах [Текст] / А.Г. Блатов // Вопросы микроэнергетики. Вып. 22.- КуАИ.- Куйбышев, 1965.- С. 103107.

8. Трофимов, А.А. Экспериментальное определение характеристик сопловых аппаратов центростремительных микротурбин [Текст] / А.А. Трофимов // Труды КуАИ. Вып.37.- 4.2- КуАИ.- Куйбышев, 1969.- С. 153-166.

9. Матвеев, В.Н. Влияние угла наклона осей межлопаточного соплового аппарата на экономичность центростремительной микротурбины с полным впуском [Текст] / В.Н. Матвеев, Н.Т. Тихонов, А.А. Трофимов // Изв. вузов. Авиационная техника.- КГТУ (КАИ).- Казань, 1987.-№2.- С.83-86.

10. Грачева, С.М. Экспериментальное исследование влияния величины верхней и нижней перекрыш на экономичность воздушных центростремительных микротурбин с полным подводом [Текст] / С.М. Грачева, А.Н. Тихонов,

Н.Т.Тихонов // Изв. вузов. Авиационная техника.- КГТУ (КАИ).- Казань, 1983.-№3.- С.42-46.

11. Матвеев, В.Н. Методы повышения энергетической эффективности многорежимных центростремительных микротурбинных приводов [Текст]: автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук / В.Н. Матвеев. - Самара: Самарский государственный аэрокосмический университет, 1999.- 32 с.

12. Мусаткин, Н.Ф. Расчетно-экспериментальное иследование влияния выходных устройств на характеристики центростремительной турбины [Текст] / Н.Ф. Мусаткин, В.М. Радько // Авиационно-космическая техника и технология.-X.: ХАИ, 2005.- №8.- С. 138-142.

13. Радько, В.М. Исследование рабочего процесса радиальных центростремительных микротурбин при низких значениях степени понижения давления [Текст]: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / В.Н. Радько. - Самара: Самарский государственный аэрокосмический университет, 1997.- 16 с.

14. Наталевич, A.C. Особенности рабочего процесса и методика расчета парциальных микротурбин [Текст] / А.С.Наталевич // Изв. вузов. Авиационная техника.- КГТУ (КАИ), Казань, 1964.- №4.- С.86-95.

15. Мусаткин, Н.Ф. Экспериментальный выбор оптимального профиля соплового аппарата и рабочего колеса воздушной осевой микротурбины [Текст] / Н.Ф. Мусаткин, Н.Т.Тихонов // Реф.ж. Рипорт.- ВИМИ.- М., 1976.-№24.- 16 с.

16. Мусаткин, Н.Ф. Исследование влияния верхней и нижней перекрыш на КПД осевой микротурбины [Текст] / Н.Ф.Мусаткин, Н.Т.Тихонов // Испытание авиационных двигателей.- УАИ.- Уфа, 1976.- №4.- С. 132-136.

17. Мусаткин, Н.Ф. Влияние верхней и нижней перекрыши на КПД парциальной осевой микротурбины [Текст] / Н.Ф. Мусаткин, Н.Т. Тихонов // Известия вузов. Авиационная техника.- Казань: КАИ, 1979.- №3.- С. 106-108.

18. Мусаткин, Н.Ф. Исследование влияния основных соотношений конструктивных размеров тракта на экономичность; осевых воздушных микротурбин

для привода агрегатов [Текст]: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Н.Ф. Мусаткин - Куйбышев: КуАИ, 1978.16 с.

19. Тихонов, Н.Т. Влияние высоты лопаток соплового аппарата осевой микротурбины на коэффициент скорости и угол выхода потока [Текст] / Н.Т.Тихонов, Э.Э. Пфайфле // Изв. вузов. Авиационная техника.- КГТУ (КАИ).-Казань, 1990.- №4.- С. 107-109.

20. Тихонов, Н.Т. Совместное влияние высоты лопаток соплового аппарата и степени парциальности на экономичность осевой микротурбины [Текст] / Н.Т. Тихонов // Известия вузов. Энергетика.- Казань: КАИ, 1989.- №3- С. 105-106.

21. Дмитриева, И.Б. Методика регрессионного анализа экспериментальных и расчетных характеристик сопловых аппаратов центростремительных микротурбин [Текст] / И. Б. Дмитриева, В. Н. Матвеев, С. А. Нечитайло // Сборник трудов международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения».- Самара, 2006.- С. 265-269.

22. Чуваков, А.Б. Потери от парциальности и методы их снижения в малоразмерных турбоприводах [Текст]: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / А.Б. Чуваков.- СПб: Санкт-Петербургский государственный технический университет, 1992- 16 с.

23. Семашко, П.В. Аэродинамическое совершенствование малоразмерных турбин с целью повышения эффективности пневмоприводов [Текст]: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / П.Б. Семашко.- СПб: Санкт-Петербургский государственный технический университет, 1994.- 16 с.

24. Гишваров, A.C. Многокритериальное планирование эксперимента при исследовании изделий авиационной техники [Текст] / A.C. Гишваров, B.C. Жер-наков // Проблемы машиностроения и критических технологий в машиностроительном комплексе Республики Башкортостан.- Уфа: Гилем, 2005.- С. 27-40.

25. Маслов, В.Г. Теория и методы начального проектирования ГТД [Текст] J |M' 'и " /В.Г. Маслов.-М.: Машиностроение, 1987- 123 с. - ' 1 ' ' ' / < "

26. Югов O.K., Селиванов О.Д. Основы интеграции самолета и двигателя [Текст] / Под общ. ред. O.K. Югова.- М.: Машиностроение, 1989.- 304 с.

27. Бенько, A.B. Математическое моделирование и оптимизация малорас-ходнх турбин с большим относительным с целью повышения эффективности на переменных режимах [Текст]: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / СПб: Санкт-Петербургский государственный технический университет, 1995.- 17 с.

28. Головин, Н.М. Принципы построения многорежимных многоступенчатых малорасходных турбин [Текст]: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / СПб: Санкт-Петербургский государственный технический университет, 1998.- 16 с.

29. Матвеев, В.Н. Метод проектного расчета многорежимных турбоприво-дов на базе центростремительных турбин [Текст] / В.Н. Матвеев // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. Серия: Проблемы и перспективы развития двигателестроения. Ч.2.- Самара: СГАУ, 1999- №2.- С. 1419.

30. Кремлевский, П.П. Расходомеры и счетчики количества / П.П. Кремлевский.- М.: Машиностроение, 1975.- 776 с.

31. Матвеев, В.Н. Модернизация стенда для исследования микротурбинных приводов [Текст] / В.Н. Матвеев, JI.C. Шаблий // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета.- Самара, 2011.- №3.- С. 234-243.

32. Тихонов Н.Т. Опыт создания и основные принципы проектирования установок для экспериментального исследования микротурбин [Текст] / Н.Т. Тихонов // Испытания авиационных двигателей.- Уфа, 1987.- №15.- С. 13-21.

33. Дорофеев, В.М. Магнитовоздушный тормоз для испытания микротурбин [Текст] / В.М. Дорофеев, Н.Т. Тихонов // Изв. вузов. Авиационная техника.-Казань: КАИ, 1962.- №4.- С.123-128.

34. Лапчук, O.A. Электротормоз для испытания микротурбин [Текст] / O.A. Лапчук, Н.Т. Тихонов // Испытания авиационных двигателей.- Уфа: УАИ, 1980.-№8-С. 126-129. • '

35. Тихонов, Н.Т. Гидравлический моментометр с масляным слоем для испытания микротурбин [Текст] / Н.Т. Тихонов, Н.Ф. Мусаткин, В.Н. Матвеев // Испытания авиационных двигатей.- Уфа: УАИ, 1990.- №7.- С. 122-128.

36. Матвеев, В.Н. Турбиновоздушный тормоз для испытания малоразмерных турбин [Текст] / В.Н. Матвеев, Н.Ф. Мусаткин, A.A. Нечитайло, И.Ю. Шанин // Проблемы динамики пневмогидравлических и топливных систем летательных аппаратов и двигателей: Тез. докл. II Всероссийской науч.-техн. конф. / Самарский государственный аэрокосмический университет. Самара, 1993.- С.67-68.

37. Кленин, Ю.П. Воздушная тормозная установка на аэростатических подшипниках для исследования быстроходных микротурбин [Текст] / Ю.П. Кленин // Изв. вузов. Авиационная техника.- Казань: КАИ, 1969.- №3.- С. 108-113.

38. Кузнецов, Ю.П. Экспериментальная установка для исследования малоразмерных турбинных ступеней [Текст] / Ю.П. Кузнецов, А.Б. Чуваков // Известия высших учебных заведений.- Машиностроение: Известия МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013.-№4- С. 58-64.

39. Печенкин, А.Н. Расчет трехмерного течения идеального газа в канале методом конечных элементов [Текст] / А.Н. Печенкин, Ф.Д. Фишбейн // Проектирование и доводка авиационных ГТД: сб. трудов.- Куйбышев: КуАИ, 1984.-С. 54-57.

40. Епифанов, A.A. Расчет характеристик лопаточных решеток малорасходных турбин [Текст] / A.A. Епифанов, А.И. Кириллов, В.А. Рассохин // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Наука и образование. Санкт-Петербург: Изд-во Политехнического университета, 2012.- Вып. 1.- С.50-55.

41. Григорьев, В.А. Выбор диапазонов и уровней варьирования факторов плана эксперимента при испытаниях одноступенчатых турбин сверхмалой мощности [Текст] / В.А. Григорьев, В.М.Радько, Д.С. Калабухов // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета.- Самара, 2011.- №6.- С. 92105.

42. Епифанов, А.А. Расчет трехмерного течения в ступенях малорасходных турбин [Текст] / А.А. Епифанов, А.И. Кириллов, В.А. Рассохин // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Наука и образование. Санкт-Петербург: Изд-во Политехнического университета, 2012.- Вып. 1,- С. 65-70.

43. Шаблий, JI.C. Электронная модель проточной части турбинного привода для ее прямой оптимизации [Текст] / JI.C. Шаблий // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета.- Самара, 2009.- №3.- С. 11-16.

44. Матвеев, В.Н. Оценка адекватности электронной модели потока и КПД-характеристики центростремительного микротурбинного привода [Текст] /

B.Н. Матвеев, Л.С. Шаблий // Вестник СГАУ.- Самара, 2009.- №3.- С. 194-198.

45. Krahenbuhl, D. Design Considerations and Experimental Results of a 60 W Compressed-Air-to-Electric-Power System [Electronic resource] / D. Krahenbiih,

C. Zwyssigl, H. Horler, J. W. Kolar // Power Electronic Systems Laboratory [Official website], 2010.-URL:

http://www.pes.ee.ethz.ch/uploads/tx ethpublications/kraehenbuehl MESA08.pdf

46. Peirs, J.. A microturbine for electric power generation [Electronic resource] / J. Peris, D. Dominiek, F. Reynaerts // Ku Leuven (Katholieke Universiteit Leuven) [Official website]- 14.08.2010.- URL:

http://www.mech.kuleuven.be/micro/pub/turbine/Paper S&A 2004 Turbine.pdf

47. Arnold, D. A Self-Contained, Flow-Powered Microgenerator System [Electronic resource] / D. P. Arnold, P. Galle, F. Herrault and oth. // Imperial College London [Official Website], 2010.- URL:

http://cap.ee.imperial.ac.Uk/~pdm97/powermems/2005/pdfs/l 13 Arnold.pdf

48. Epstein, A.H. Millimeter-scale, MEMS gas turbine engines [Electronic Resource] / A.H. Epstein // National Technical University of Construction & Maintenance [Official Website].- 2009-2013.- URL: http://users.ntua.gr/rogdemma/MILLIMETER-SCALE.%20MEMS%20GAS%20TURBINE%20ENGlNES.pdf

49. Hong, G. Design, fabrication and characterization of an axial-flow turbine for flow sensing [Text] / G. Hong, A.S. Holmes, M.E. Heaton, K.R. Pullen // Proc. Transduserc'03, Boston MA, USA, 8-12 June 2003.- pp. 702-705 .

50. Крупенич, И.Н. Проблемы начального этапа проектирования турбокомпрессора ТРДД [Текст] / И.Н. Крупенич, B.C. Кузнецов, В.В. Кулагин, А.Ю. Ткаченко // Материалы X Всероссийской научно-технической конференции "Аэрокосмическая техника и высокие технологии-2007" (25-26 июня 2007 г., Пермь).-Изд-во Пермского государственного технического ун-та, 2007.- С. 165-168.

51. Крупенич, И.Н. Многокритериальная структурно-параметрическая оптимизация турбокомпрессора ТРДД [Текст] / И.Н. Крупенич, B.C. Кузьмичев // Проблемы и перспективы развития двигателестроения / Материалы докладов ме-ждунар. науч.-техн. конф. 24-26 июня 2009 г.- Самара: СГАУ, 2009.- Ч. 2.- С. 6-7.

52. Кузьмичев, B.C. Алгоритм оптимизации конструктивно-геометрического облика турбокомпрессора ГТД в САПР [Текст] / B.C. Кузьмичев // Известия вузов. Авиационная техника.- Казань: издательство КАИ, 1990.- №2.-С. 115-117.

53. Кузьмичев, B.C. Выбор оптимальных значений рабочего процесса при модификации авиационных ГТД [Текст] / В.А. Григорьев, В.Д. Пак и др. // сб. Проектирование и доводка авиационных газотурбинных двигателей.- Куйбышев: КуАИ, 1982.- С. 14-19.

54. Маслов, В.Г. Теория и методы начальных этапов проектирования авиационных ГТД [Текст]: учеб. пособие / В.Г. Маслов, B.C. Кузьмичев, А.Н. Ковар-цев, В.А. Григорьев; Маслова, Под ред. В.Г. - Самара: Самар. гос. аэрокосм, ун-т, 1996.- 147 с.

55. Кузьмичев, B.C. Методы и средства начальных этапов автоматизированного проектирования авиационных ГТД и экспертизы их научно-технического уровня [Текст]: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / B.C. Кузьмичев.- Самара: СГАУ, 2000.- 364 с.

56. Подиновский В.В. Парето-оптимальные решения многокритериальных

задач [Текст]: 2-е изд., испр. и доп. / В.В. Подиновский, В.Д. Ногин.- М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007.- 256 с.

57. Трифонов, А.Г. Optimization Toolbox 2.2. Руководство пользователя [Электронный ресурс] / А.Г. Трифонов // Центр компетенции Math Works "Mat-lab.Exponenta".- 2001-2014.- URL: http://matlab.exponenta.ru/optimiz/book 1 /.- 21.04.12.

58. Карпенко, А.П. Популяционные методы аппроксимации множества Парето в задаче многокритериальной оптимизации. Обзор [Электронный ресурс] / А.П. Карпенко, А.С. Семенихин, Е.В Митина // Электронное научно-техническое издание «Наука и образование».- Эл. № ФС 77-30569/363023.- URL: http://technomag.edu.ru/doc/363023.html.

59. Панченко Т.В. Генетические алгоритмы [Текст]: учебно-методическое пособие / под ред. Ю. Ю. Тарасевича. - Астрахань: Издательский дом «Астраханский университет», 2007.- 87 с.

60. Gembicki F.W. Vector Optimization for Control with Performance and Parameter Sensitivity Indices [Text] / F. Gembicki // Thesis. Ohio, Cleveland: Case Western Reserve Univ.- 1974.

61. Ногин, В.Д. Проблема сужения множества Парето: подходы к решению [Текст] / В.Д. Ногин // Искусственный интеллект и принятие решений.- М.: РАН.-2008.- №1.- С. 98-112.

62. Измаилов, А.Ф. Численные методы оптимизации [Текст]: учебное по собие / А.Ф. Измаилов, М.В. Солодов.- М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005.- 304 с.

63. Brayton, R.K. A New Algorithm for Statistical Circuit Design Based on Quasi-Newton Methods and Function Splitting [Text] / R.K. Brayton S.W. Director, G.D. Hachtel, L. Vidigal.// IEEE Transactions on Circuits and Systems.- Vol. CAS-26.-1979.-pp. 784-794.

64. Тунаков, А.П. Методы оптимизации при доводке и проектировании газотурбинных двигателей [Текст] / А.П. Тунаков,- М.: Машиностроение, 1979.184 с.

65. Матвеев, В.Н. Улучшение технологичности соплового аппарата центростремительной микротурбины конструктивным способом [Текст] / В.Н. Мат-

веев, Н.Ф. Мусаткин, Тарабрин O.A. // Тезисы докладов отраслевого научно-технического совещания.- Омск.: НИИ технологии и организации производства двигателей, 1990.- С. 19-24.

66. Григорьев, В.А. Формирование математических моделей объема и массы одноступенчатых центростремительных турбин сверхмалой мощности [Текст]/ В.А. Григорьев, Д.С. Калабухов, В.М. Радько // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета.- Самара, 2009.- №3.- С. 213-221.

67. Григорьев, В.А. Планирование факторного эксперимента при испытаниях одноступенчатых турбин сверхмалой мощности [Текст] / В.А. Григорьев, В.М. Радько, Д.С. Калабухов // Вестник самарского государственного аэрокосмического университета, 2010.- №6.- С. 81-92.

68. Стоянов, Ф.Л. Оптимальное автоматизированное проектирование проточных частей осевых турбин [Текст] / Ф.Л. Стоянов.- Киев: Наукова думка, 1989.- 176 с.

69. Матвеев, В.Н. Экспериментальное определение влияния фактора масс-штабности на кпд микротурбин [Текст] / В.Н. Матвеев, Н.Ф. Мусаткин, Н.Т. Тихонов // Изв. вузов. Авиационная техника.- Казань, 1997.- №2.- С. 65-69.

70. Матвеев, В.Н. Влияние толщины выходных кромок лопаток сопловой решётки на экономичность центростремительных микротурбин [Текст] / В.Н. Матвеев, Д.В. Сивиркин, Н.Т. Тихонов // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. Серия: Актуальные проблемы производства. Технология, организация, управление.- Самара: СГАУ, 1995.- С. 22-26.

71. Матвеев, В.Н. Выбор эффективного угла сопловой решетки парциальной центростремительной микротурбины [Текст] / В.Н. Матвеев, Н.Ф. Мусаткин // Проектирование и доводка авиационных газотурбинных двигателей.- Куйбышев: КуАИ, 1990.- С. 82-86.

72. Матвеев, В.Н. Влияние густоты рабочей решетки на экономичность центростремительных микротурбин с полным подводом рабочего тела [Текст] /

ij I и> В.Н. Матвеев, Д.В. Сивиркин, Н.Т. Тихонов // Вестник Самарского государствен-

ного аэрокосмического университета. Серия: Актуальные проблемы производства. Технология, организация, управление.- Самара: СГАУ, 1998,- С. 63-66.

73. Матвеев, В.Н. Обобщение экспериментальных исследований влияния перекрыш на кпд центростремительных микротурбин [Текст] / В.Н. Матвеев, Д.В. Сивиркин, Н.Т. Тихонов // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. Серия: Актуальные проблемы производства. Технология, организация, управление.- Самара: СГАУ, 1998.- С. 124-136.

74. Матвеев, В.Н. Экспериментальное определение отношения высот лопаток рабочего колеса на выходе и входе радиальных центростремительных микротурбин [Текст] / В.Н.Матвеев, А.Н. Тихонов, Н.Т.Тихонов // Изв. вузов. Авиационная техника.- Казань, 1988.- №4.- С.100-101.

75. Тихонов, Н.Т. Совместное влияние высоты лопаток соплового аппарата и степени парциальности на экономичность осевой микротурбины [Текст] / Н.Т.Тихонов, Э.Э.Пфайфле // Изв. вузов. Энергетика.- Казань, 1989.- №3.- С. 105106.

76. Мусаткин, Н.Ф. Влияние верхней и нижней перекрыш на КПД парциальной осевой микротурбины [Текст] / Н.Ф.Мусаткин, Н.Т.Тихонов // Изв. вузов. Авиационная техника.- Казань, 1979.- №3.- С.106-108.

77. Пфайфле, Э.Э. Экспериментальное исследование геометрических, режимных параметров и методика расчета осевых микротурбин авиационных агрегатов и технологических устройств [Текст]: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Э.Э. Пфайфле. - Самара: САИ, 1991.- 17 с.

78. Радько, В.М. Аналитическое определение высоты лопатки сопловых венцов центростремительных малоразмерных турбин [Текст] / В.М. Радько, Н.Ф. Мусаткин, Д.С. Калабухов // Авиационно-космическая техника и технология, -Харьков, 2008.- №8.- С. 40-46.

79. Орлов, А.И. Эконометрика [Текст]: учебник / А.И. Орлов.- М.: Феникс, 2009.- 576 с.

80. Матвеев, В.Н. Выбор оптимальной величины соотношения высот лопаток на выходе и входе в закрытое рабочее колесо центростремительной микротурбины [Текст] / В.Н. Матвеев, Н.Ф. Мусаткин // Проектирование и доводка авиационных газотурбинных двигателей.- Куйбышев, 1986.- С. 92-96.

81. Пат. US5443362, А США, F01D9/04, A47L9/22, A47L5/22. Air turbine / Douglas С. Barker, Joseph W. Clifford, Timothy E. Crites, Darwin S. Crouser; The Hoover Company.- US 08/213,735; заявл. 16.03.94; публ. 22.08.95, режим доступа: URL: http://www.google.com/patents/US5443362.

82. Епифанова, В.И. Низкотемпературные радиальные турбодетандеры [Текст]: учебник для вузов, изд. 2-е, перераб. И доп. / В.И. Епифанова.- М.: Машиностроение, 1974.- 446 с.

83. Грант, US5818117, А США, F02M25/07, Н02Р9/30, F02B67/00, F02B67/08, Н02Р9/48, Н02Р9/04, F01D17/14, F02D9/02, H02J7/14, F03D9/00. Engine induction air driven turbine-alternator incorporating speed control of the turbine in response to alternator output voltage / William O. Harvey, Randall L. Perrin, Gregory E. Peterson, Mark G. Voss; Nartron Corporation.- US 08/694,406; заявл. 12.08.96; публ. 6.10.98, режим доступа: URL: https://www.google.com/patents/US5818117.

84. Патент, US6694746 В2, США, F02C7/277, F16K31/163, F02C7/047, F16K1/22. Micro volume actuator for an air turbine starter / William H. Reed, John L. Doak, Jimmy D. Wiggins, Ronald J. Louis.- US 10/071,351; заявл. 6.02.02; публ. 24.02.04, режим доступа: URL: http://www.google.st/patents/US6694746.

85. Авт. свид-во SU 1795127А1, СССР, F01D1/06. Турбинный двигатель / А.А. Маркин, В.Н. Матвеев, Н.Ф. Мусаткин, А.А. Нечитайло, Н.Т. Тихонов, И.Ю. Шанин.- 4818967/06; заявл. 24.04.90; публ. 15.02.93, Бюл. №6.- 4 с.

86. Матвеев, В.Н. Экспериментальное определение противодавления за рабочим колесом парциальных центростремительных микротурбинных приводов [Текст] / В.Н. Матвеев, Е.В. Майорова, С.С. Ознецян // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции посвященной памяти генерального конструктора аэрокосмической техники академика Н.Д. Кузнецова.- Самара, 2001.-С.'207-209. ' " >• >\ ' \ - \ >V >j ; j '' , <V' < г

87. Григорьев, В.А. Разработка и исследование математических моделей объема и массы турбин сверхмалой мощности [Текст] / В.А. Григорьев, В.М. Радько, Д.С. Калабухов // Вестник двигателестроения: Запорожье, 2012.- №2.-С. 139-144.

88. Герц, Е.В. Расчет пневмоприводов [Текст]: справочное пособие / Е.В. Герц.- М.: Машиностроение, 1975.- 274 с.

89. Идельчик, И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям [Текст] /Под ред. М.О. Штейнберга.- М.: Машиностроение, 1992,- 672 с.

90. Григорьев, В.А. Выбор и обоснование критериев оценки эффективности турбоприводов сверхмалой мощности [Текст] / В.А. Григорьев, В.М. Радько, Д.С. Калабухов // Материалы Международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения». Ч.1.- Самара, 2011.-С. 42-43.

91. Не бросать денег на ветер [Электронный ресурс] / А. Трофимович // онлайн-портал Конструктор Машиностроитель.- 2005-2014.- URL: http://konstruktor.net/podrobnee-hidr/items/ne-brosat-vozdux-na-veter.html.

92. Гишваров, А.С. Многокритериальное планирование эксперимента при исследовании технических систем [Текст] / А.С. Гишваров.- Уфа: Гилем, 2006.328 с.

93. Григорьев, В.А. Численное газодинамическое моделирование одноступенчатых центростремительных турбин сверхмалой мощности [Текст] / В.А. Григорьев, Д.С. Калабухов, В.М. Радько // Вестник двигателестроения.- Запорожье, 2013.- С. 118-124.

94. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий [Текст] / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский.- М.: Наука, 1972.279 с.

95. Khuri A.I. Response Surfaces: Designs and Analyses / A.I. Khuri, J. A. Cornell.- Dekker, New York, 1987.- 405 p.

96. Матвеев, B.H. Выбор эффективного угла и величины горла на эффек-

| 1 1

тивность соплового аппарата центростремительной микротурбины [Текст] / В.Н.

Матвеев, Н.Ф. Мусаткин // Проектирование и доводка авиационных газотурбинных двигателей / Куйбышев: КуАИ, 1990.- С. 82-86.

97. Матвеев, В.Н. Исследование возможности снижения густоты сопловой решетки парциальной центростремительной микротурбины [Текст] / В.Н. Матвеев, Е.Ю. Белоусов, А.В. Малышев // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. Серия: Проблемы и перспективы развития двигателе-строения. Вып.1.- Самара, 1998.- № 1.- С. 56-59.

98. Матвеев, В.Н. Влияние высоты лопаток на коэффициент скорости соплового лопаточного венца центростремительной микротурбины [Текст] / В.Н. Матвеев, Н.Ф. Мусаткин // Динамические процессы в силовых и энергетических установках летательных аппаратов.- Самара: СГАУ, 1989.- С. 218-222.

99. Матвеев, В.Н. Влияние соотношения диаметров выхода и входа в рабочее колесо центростремительной микротурбины на мощностной КПД при низких значениях степени понижения давления [Текст] / В.Н. Матвеев, В.М. Радько, Н.Т. Тихонов // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. Серия: Проблемы и перспективы развития двигателестроения. Вып.З.- Самара, 1999.-№3.- С. 75-81.

100. Тихонов, А.Н. Некоторые пути повышения экономичности воздушных центростремительных микротурбин [Текст]: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / А.Н. Тихонов.- Куйбышев: КуАИ, 1981.- 16с.

101. Матвеев, В.Н. Выбор оптимальной величины соотношения высот лопаток на выходе и входе в закрытое рабочее колесо центростремительной микротурбины [Текст] / В.Н. Матвеев, Н.Ф. Мусаткин // Проектирование и доводка авиационных газотурбинных двигателей.- Куйбышев: КуАИ, 1986.- С. 92-96.

102. Тихонов, Н.Т. Влияние эффективного угла сопловой решетки на экономичность осевой микротурбины с полным впуском [Текст] / Н.Т. Тихонов// Известия вузов. Авиационная техника.- Казань: КАИ, 1989.- №1.- С. 111-113.

103. Мусаткин, Н.Ф. Исследование влияния числа лопаток СА и РК осевой ■ ' 1 ' < воздушной микротурбины на экономичность турбопривода [Текст] / Н.Ф. Мусат-

кин, Н.Т. Тихонов, A.A. Трофимов // Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Основные направления повышения технического уровня механизированного инструмента",- М: ВНИИСМИ.- 1976.

104. Шаблий, JI.C. Методы и средства газодинамического проектирования и доводки выходных устройств центростремительных микротурбинных приводов [Текст]: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / JI.C. Шаблий. - Самара: Самарский государственный аэрокосмический университет, 2012.- 16 с.

105. Разработка методов представления обобщенных характеристик авиационных турбин [Текст]: отчет о НИР (промежуточ.): 07в-Р002-018 / Самарский гос. аэрокосм, ун-т им. ак. С.П. Королева (Нац. исслед. ун-т); рук. Григорьев, В.А.; испон. Радько В.М. [и др.].- Самара, 2013- 108 е.- № ГР 01201258359.

106. ГОСТ Р 50.2.038-2004. Измерения прямые однократные. Оценивание погрешностей и неопределенности результата измерений [Текст].- Введ. 2005-0101.- М.: Стандартинформ, 2011.-10 с.

107. Аверкиев, С.М. Влияние некоторых геометрических параметров осевых микротурбин на КПД [Текст] / С.М. Аверкиев // Вопросы микроэнергетики: Труды КуАИ. Вып. 22.- Куйбышев, 1965.- С. 43-56.

108. Чуваков, А.Б. Потери от парциальности и методы их снижения в малоразмерных турбоприводах [Текст]: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / А.Б. Чуваков.- СПб: Нижегородский политехнический университет, 1992.- 16 с.

109. Патанкар, С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости: Пер. с англ [Текст] / С. Патанкар. - М.: Энергоатомиздат, 1984. -152 с.

110. Пирумов, У.Г. Численные методы газовой динамики: учебное пособие [Текст] / У.Г. Пирумов, Г.С. Росляков.- М.: Мир, 1987- 186 с.

111. Флетчер, К. Вычислительные методы в динамике жидкостей: в 2-х томах, Т. 1 [Текст]: Пер. с англ. / К. Флетчер.- М.: Мир, 1991.- 504 с.

112. Батурин, O.B. Исследование рабочего процесса в ступени осевой турбины с помощью универсального программного комплекса ANSYS CFX: учеб. пособие [Текст] / О.В. Батурин, Д.А. Колмакова, В.Н. Матвеев и др.- Самара: СГАУ, 2011.- 94 с.

113. Андерсон, Д. Вычислительная гидромеханика и теплообмен: в 2-х т. [Текст]: т.1 / Д. Андерсон, Дж. Таннехил , Р. Плетчер.- М.: МИР, 1990.- 384 с.

114. Ерофеев, М. М. Принцип построения структурированной гексаэдриче-ской сетки в ANS YS [Текст] / М.М. Ерофеев // САПР и графика, 2008.- № 12. -С. 108-110.

115. Самарский государственный аэрокосмический университет имени аа-демика С.П. Королева (национальный исследовательский университет) [Официальный сайт].- URL: http://www.ssau.ru/it/supercomputer.

116. Снегирев, А.Ю. Высокопроизводительные вычисления в технической физике. Численное моделирование турбулентных течений [Текст] / А.Ю. Снегирев.- СПб.: Издательство Политехнического университета, 2009.- 143 с.

117. Гарбарук A.B. Моделирование турбулентности в расчетах сложных трехмерных течений [Текст] / A.B. Гарбарук, Стрелец М.Х., Шур M.JL- СПб.: Издательство Политехнического университета, 2012.- 88 с.

118. Дрейпер, Н. Прикладной регрессионный анализ [Текст]: в 2-х кн. Книга 1 / Н. Дрейпер, Г. Смит; пер. с англ. Ю.П. Адлер и В.Н. Горский,- 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Финансы и статистика, 1986.- 366 с.

119. Аникеев, A.A. Основы вычислительного теплообмена и гидродинамики [Текст] / A.A. Аникеев, А.М. Молчанов, Д.С. Янышев.- М.:Либроком, 20 Юг,-152с.

120. Овсянников, Б.В. Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей [Текст] / Б.В. Овсянников, Б.И. Боровский.- М.: Машиностроение, 1986.- 376 с.

121. Тихонов, Н.Т. Влияние некоторых конструктивных параметров на работу радиальной центростремительной воздушной микротурбины и методика ее расчета [Текст]/ Н.Т. Тихонов // Труды КуАИ. Вып. 15.- Ч.2.- Куйбышев: КуАИ, 1963.-С. 381-395. . " ' 1 1 1 '

122. Матвеев, В.Н. Конструктивный способ улучшения технологичности рабочего лопаточного венца центростремительной микротурбины [Текст] / В.Н. Матвеев, Д.В. Сивиркин, Н.Т. Тихонов // Актуальные проблемы производства. Технология, организация, управление.- Самара: СГАУ, 1996.- С. 129-135.

123. Розенберг, Г.Ш. Центростремительные турбины судовых установок [Текст] / Г.Ш. Розенберг.- Л.: Судостроение, 1973.- 256 с.

124. Алексеев, В.А. Метрология, стандартизация и сертификация [Текст]: учебник / В.А. Алексеев.- М.: Высшее профессиональное образование, 2010.384 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А Определение параметров плана эксперимента

Основные параметры плана эксперимента при испытаниях ЦС ТСММ и ОТСММ определялись следующим образом.

Число точек ядра плана ДФЭ

Ло = 2к'р= 210_5= 32. (А.1)

Если план ортогональный, то общее число опытов

]У= 2к~р + 2-к + 1 = 32 + 2-10 + 1 = 53. (А.2)

Плечо «звездных» точек в этом случае определяется по формуле

« = = IЩ. 2,143. (А.З)

Если план ротатабельный, то минимальное число опытов (с одним опытом в центре плана) также N0 = 55. Плечо «звездных» точек в этом случае

а = 2{к~р)/4 = 2(1°-5)74 = 2,378. (А.4)

Но для обеспечения ортогональности плана необходимо, чтобы число опытов в центре плана было равно

п = 4 - 2к + 2{к-Р*т = 4-2-11+2(10-5+4)/2 = 4,627 (А.5)

К сожалению, полученное число опытов в центре плана не является целым. Его следует округлить до ближайшего целого значения, но при этом свойство ортогональности плана нарушается.

Тогда общее число опытов ротатабельного плана

2к~р + 2к+ 1 =32 + 2-10 + 5 = 57. (А.6)

Но нужно помнить, что для идентификации регрессионной модели, содержащей т коэффициентов, требуется такое же число опытов в эксперименте насыщенный план) или большее (ненасыщенный план). Для полной квадратичной модели вида

к к к У = +ЦЬ»Х? +YlbUX^XJ■

число коэффициентов определяется по формуле

к-1

. ?

т

1=1

= к2 +к-^(к-1) = 102+10-45 = 65. (А.7)

Поскольку мы не можем априорно предположить, какие из коэффициентов модели окажутся статистически незначимыми, предложенные выше планы не могут быть реализованы из-за недостаточного числа опытов. Конечно, можно увеличить число опытов в центре плана, но

регрессионная модель получится более адекватной, если реализовать ортогональный или рота-табельный композиционный план с ядром ДФЭ разрешающей способностью IV и степенью дробности 1/16. Тогда пересчитаем параметры плана эксперимента по формулам (2.3)-(2.8). Число точек ядра плана ДФЭ

N0 = 2к'р = 210-4 = 64. Если план ортогональный, то общее число опытов

2к~р + 2-к+ 1 = 64 + 2-10 + 1 =85.

Плечо «звездных» точек в этом случае определяется по формуле

2 V 2

Если план ротатабельный, то минимальное число опытов (с одним опытом в центре плана) также N0 = 87. Плечо звездных точек в этом случае

а = 2^)/4 = 2(,0-4)/4 = 2,828. Но для обеспечения ортогональности плана необходимо, чтобы число опытов в центре плана было равно

я = 4-2 к+ 2{к~р+4)/2 = 4-2 • 10+2( 1 °~4+4)/2 = 16. Полученное число опытов в центре плана целое, поэтому ротатабельный план является и ортогональным. Тогда общее число опытов ротатабельного плана

Ы=2к'р + 2к+ 1 =64 + 2-10+ 16= 100. Оба плана являются ненасыщенными, т.е. содержат избыточную информацию о модели. Эта информация при статистической обработке результатов эксперимента используется для оценки адекватности модели.

В таблице А.1 приведена проверка реализуемости опытов по величине Ягса в плане эксперимента для испытаний ОТСММ.

Таблица А. 1 - Проверка реализуемости опытов по величине ¿/гса

№ оп. г - {^а ) *3 Б V ср у ~~ и]эф Х6 ~ ^ са у. _ 5са 9 . са *10 ~ -А агСА> мм ¿Г1 са

1 -1 0,023 11,14 0,231 1 1,474 1 6,31 1 1,483 1,741 21

2 -1 0,023 -1 11,14 1 0,329 -1 1,226 1 6,31 1 1,483 1,881 18

3 -1 0,023 11,14 0,231 1 1,474 -1 4,69 -1 0,917 0,78 29

4 -1 0,023 -1 11,14 1 0,329 -1 1,226 -1 4,69 -1 0,917 0,873 24

5 -1 0,023 1 17,86 0,231 -1 1,226 -1 4,69 1 1,483 2,418 24

6 -1 0,023 1 17,86 1 0,329 1 1,474 -1 4,69 1 1,483 1,854 29

7 -1 0,023 1 17,86 -1 0,231 -1 1,226 1 6,31 -1 0,917 1,994 18

8 -1 0,023 1 17,86 1 0,329 1 1,474 1 6,31 -1 0,917 1,583 21

9 1 0,037 -1 11,14 0,231 -1 1,226 1 6,31 0,917 2,054 11

№ оп. *з = V ~~ Й1эф — ^крса г _ 5са 9 — , са *ю — Ал «гса> ММ •'са

10 1 0,037 -I 11,14 1 0,329 1 1,474 1 6,31 -1 0,917 1,611 13

11 1 0,037 -1 11,14 -1 0,231 -1 1,226 -1 4,69 1 1,483 2,437 15

12 1 0,037 -1 11,14 1 0,329 1 1,474 -1 4,69 1 1,483 1,881 18

13 1 0,037 1 17,86 -1 0,231 1 1,474 -1 4,69 -1 0,917 1,994 18

14 1 0,037 1 17,86 1 0,329 -1 1,226 -1 4,69 -1 0,917 2,216 15

15 1 0,037 1 17,86 -1 0,231 1 1,474 1 6,31 1 1,483 4,464 13

16 1 0,037 1 17,86 1 0,329 -1 1,226 1 6,31 1 1,483 4,887 11

17 -1 0,023 -1 11,14 -1 0,231 -1 1,226 -1 4,69 -1 0,917 0,942 24

18 -1 0,023 -1 11,14 1 0,329 1 1,474 -1 4,69 -1 0,917 0,722 29

19 -1 0,023 -1 11,14 -1 0,231 -1 1,226 1 6,31 1 1,483 2,031 18

20 -1 0,023 -1 11,14 1 0,329 1 1,474 1 6,31 1 1,483 1,613 21

21 -1 0,023 1 17,86 -1 0,231 1 1,474 1 6,31 -1 0,917 1,709 21

22 0,023 1 17,86 1 0,329 -1 1,226 1 6,31 -1 0,917 1,847 18

23 -1 0,023 1 17,86 -1 0,231 1 1,474 -1 4,69 1 1,483 2,001 29

24 -1 0,023 1 17,86 1 0,329 -1 1,226 -1 4,69 1 1,483 2,24 24

25 1 0,037 -1 11,14 -1 0,231 1 1,474 -1 4,69 1 1,483 2,031 18

26 1 0,037 -1 11,14 1 0,329 -1 1,226 -1 4,69 1 1,483 2,258 15

27 1 0,037 -1 11,14 -1 0,231 1 1,474 1 6,31 -1 0,917 1,739 13

28 1 0,037 -1 11,14 1 0,329 -1 1,226 1 6,31 0,917 1,904 11

29 1 0,037 1 17,86 1 0,231 -1 1,226 1 6,31 1 1,483 5,276 11

30 1 0,037 1 17,86 -1 0,329 1 1,474 1 6,31 1 1,483 4,135 13

31 1 0,037 1 17,86 1 0,231 -1 1,226 -1 4,69 -1 0,917 2,392 15

32 1 0,037 1 17,86 -1 0,329 1 1,474 -1 4,69 -1 0,917 1,847 18

69 -а 0,01 0 14,5 0 0,28 0 1,35 0 5,5 0 1,2 0,723 51

70 а 0,05 0 14,5 0 0,28 0 1,35 0 5,5 0 1,2 3,687 10

71 0 0,03 -а 5 0 0,28 0 1,35 0 5,5 0 1,2 0,755 17

72 0 0,03 а 24 0 0,28 0 1,35 0 5,5 0 1,2 3,523 17

75 0 0,03 0 14,5 -а 0,14 0 1,35 0 5,5 0 1,2 2,435 17

76 0 0,03 0 14,5 а 0,42 0 1,35 0 5,5 0 1,2 1,955 17

77 0 0,03 0 14,5 0 0,28 -а 1 0 5,5 0 1,2 3,073 12

78 0 0,03 0 14,5 0 0,28 а 1,7 0 5,5 0 1,2 1,756 21

81 0 0,03 0 14,5 0 0,28 0 1,35 -а 3,2 0 1,2 1,271 29

82 0 0,03 0 14,5 0 0,28 0 1,35 а 7,8 0 1,2 3,073 12

83 0 0,03 0 14,5 0 0,28 0 1,35 0 5,5 -а 0,4 0,723 17

84 0 0,03 0 14,5 0 0,28 0 1,35 0 5,5 а 2 3,615 17

85 0 0,03 0 14,5 0 0,28 0 1,35 0 5,5 0 1,2 2,169 17

Анализ таблицы А.1 показывает, что в некоторых опытах йг.са принимает недопустимо малые с технологической точки зрения значения а^л < 0,72 мм или нерационально большие значения атсл > 5 мм, при которых следует ожидать существенного падения мощностного КПД из-за увеличения окружной неравномерности потока и интенсификации парных взаимодействий. Уменьшение или увеличение значения а,са до допустимых осуществлялось путем соответствующего увеличения или уменьшения числа лопаток. С целью увеличения технологичности величина Дгсл доводится как минимум до 1 мм в тех опытах, где эта величина принимала мень-г шие значения. ' ' 1 ' 1 > ' ' к » ' ' '" • п ' '

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Датчики тормозного стенда и погрешности измерения параметров

Таблица Б. 1 - Параметры датчиков, применяемых на тормозном стенде

№ п/п

Измеряемая величина

Марка, модель датчика

Внешний вид

Диапазон измерения

Предельная погрешность измерения

Тип сигнала

п*

Р О изб

Датчик давления PSE540A (SMC Corporation)

0...1 МПа

±2 кПа (± 0,2% от полного диапазона)

Аналоговый, напряжение U= 1...5 В

Р н

Датчик давления АИР-10 (НПП «Эле-мер»)

0...160 кПа

±1,6 кПа (±0,1% от полного диапазона)

Спиртовой термометр

0...40°С

±0,25°С

Датчик расхода воздуха

50...500 л/мин

± 5 л/мин (±1% от полного диапазона)

Аналоговый ток 4...20 мА

Тензометр иче-ский датчик силы L6J1-C3D-0.3kg-0.45В (Zhong-hang Electronic Measuring Instruments Co.Ltd (ZEMIC)

0...2,94 H

± 5,88-10 Н (±0,02% от полного диапазона), исключая сдвиг нуля; ± 5,88-10"2 Н (±2% от полного диапазона), с учетом сдвига _нуля_

Аналоговый, 0...1 мВ/В входного напряжения

N

Фотоэлектрический датчик

0...2000 импульсов (0... 60000)

± 1 импульс во всем диапазоне

мин-

Дискретный, импульсы +5 В на фоне 0,1 В с частотой до 2кГц

Таблица Б.2 - Погрешности аналого-цифрового преобразователя (АЦП)

№ п/ п Назнач ение Тип Модель Число каналов Диапазон Абсолютная погрешность нелинейности1 РазРядность, бит Абсолютная погрешность квантования2 Полная абсолютная югрешность

1 Измерение Р* 0 изб АЦП на-пряже-ния РР-А1-112 16 0...5 В ±0,0025 В (±0,05%) 16 ±0,00004 В (±0,0008%) ±0,00254В

2 Измерение Г АЦП тензо зомет мет-рич еско-го датчика РР-БО-140 8 ±3,5 мВ/В ±0,0021 мВ/В (±0,06%), исключая сдвиг ноля 16 ±0,00006 мВ/В (±0,0008%) ±0,00216 мВ/В, исключая сдвиг ноля

3 Измерение бт АЦП тока БР- АЮ-610 4 3,5...24 мА ±0,072 мА (±0,3%) 12 ±0,002 мА (±0,01%) ±0,074 мА

4 Измерение N Счет чик БР- СТЯ- 502 8 0...65535 импульсов ±1 импульс 16 ±1 импульс

Таблица Б.З - Погрешности преобразования сигналов

№ п/п Измеряемая величина Абсолютная погрешность АЦП Абсолютная погрешность оцифровки сигнала физической величины Абсолютная погрешность измерения физической величины Полная абсолютная погрешность измерения физической величины

1 Измерение р*0 шб ±0,00254 В (±0,05%) ± 0,64 кПа ±2 кПа ±2,64 кПа

2 Измерение ^ ±0,00216 мВ/В (±0,06%), исключая сдвиг ноля ±0,0064 Н ± 5,88-Ю"4 Н 7-10"3 Н

3 Измерение ±0,0724мА (±0,3%) ±2,08 л/мин ±5 л/мин ±7,08 л/мин

4 Измерение N ±1 импульс ±0,5 оборота ±0,5 оборота ±1 оборот

1 в скобках указана предельная относительная погрешность в % от максимума диапазона АЦП без учёта знака

2 в скобках указана предельная относительная погрешность в % от полного диапазона АЦП с учётом

знака