В основе ПК лежит решение системы нелинейных алгебраических уравнений, независимые переменные которых описывают положения рабочих точек на характеристиках элементов, а правые части определяются алгоритмически исходя из физических условий совместной работы элементов двигателя. Для решения системы уравнений используется модифицированная процедура Ньютона в комбинации с симплекс-методом поиска решения системы уравнений.

ПК позволяет вести расчет двигателя в отдельных точках, строить дроссельные и высотно-скоростные характеристики, проводить параметрические исследования (анализ чувствительности), решать задачи идентификации ММ по экспериментальным данным, а также вести расчет переходных процессов в квазистационарной постановке. При этом главной отличительной особенностью является то, что расчет термодинамических характеристик двигателя по всему спектру перечисленных задач осуществляется в рамках одного программного комплекса. Принципиально важным является тот факт, что для установившихся и неустановившихся режимов работы двигателя расчет выполняется с единых методологических позиций, чем обеспечивается полное совпадение результатов в контрольных точках.

Рисунок 1

ПК реализует концепцию моделирования «Приложение + Документ». В соответствии с данной концепцией математическая модель конкретного двигателя представляет собой совокупность собственно программы, работающей под управлением ОС Windows, и непосредственно «проекта двигателя», т.е. всех данных, отражающих свойства элементов двигателя, настройки заданий на расчет, все результаты расчета, опции ввода-вывода и т.д.

Все перечисленные данные хранятся в одном файле проекта специального формата, распознаваемом только ПК ThermoGTE. Файл проекта имеет расширение *.emt. Таким образом обеспечивается простой для пользователей обмен проектами как в рамках одного предприятия, так и при передаче математической модели в другие организации. Получив файл проекта и открыв его с помощью установленного на персональный компьютер ПК ThermoGTE, исследователь (согласно праву доступа) имеет доступ к характеристикам элементов с возможностью их изменения, к настройкам заданий на расчет и результатам расчета, оформленным в виде графиков.

ПК реализован как оконное приложение и имеет развитый графический интерфейс. Рабочая область окна ПК разделена на две части (рисунок 1).

Рисунок 2

Левая область окна отображает дерево объектов проекта. К основным объектам относятся элементы двигателя и их отдельные характеристики, а также расчетные задания и шаблоны графиков для вывода результатов. Доступ к изменению свойств объектов осуществляется через главное меню программы, через контекстное меню, вызываемое при нажатии правой кнопки мыши, а также через панель инструментов. Правая область окна ПК, предназначенная для графического вывода информации, представлена как модель страницы, которая может быть выведена на печать в том виде, как она отображена на мониторе. При выборе в левой части окна какого-либо объекта на модели страницы отображается доступная для него графическая информация. Несомненным достоинством ПК ThermoGTE является возможность вывода на печать графической информации непосредственно из интерфейса программы, а также опции вывода в файлы векторных графических форматов для последующего их использования в отчетной документации.

Ввод и редактирование характеристик элементов осуществляется непосредственно в интерфейсе ПК. Отличительной особенностью ПК является то, что список опций для настройки характеристик элементов очень широк и позволяет ввести в модель данные практически в любом виде, в котором они поставляются разработчиками узлов. Например, на рисунке 2 показан пример диалогового окна настройки гидравлических потерь полного давления. На выбор пользователю предоставляются как тип зависимости коэффициента восстановления полного давления, так и способ задания параметров этой зависимости.

Рисунок 3

На рисунке 3 показан пример диалогового интерфейса для ввода характеристик турбины. ПК позволяет ввести и использовать характеристики охлаждаемых турбин с разными видами КПД (эффективный, первичный), при различных способах приведения окружной скорости и параметра расхода. При необходимости можно ввести масштабные коэффициенты на отдельные параметры.

Рисунок 4

Зависимости, описывающие характеристики, отображаются в виде графиков в оконном интерфейсе ПК, что обеспечивает удобный контроль корректности их ввода (рисунок 4).

Рисунок 5

Следует указать на удобство работы с интерфейсом ПК при вводе схемы отбора воздуха из проточной части и на охлаждение турбин. ПК позволяет быстро и безошибочно сформировать исходные данные для весьма сложных современных систем охлаждения высокотемпературных турбин. Для каждого учитываемого потока воздуха пользователь выбирает источник и место выпуска, задает способ определения расхода. ПК автоматически проверяет введенные данные и при обнаружении ошибок выводит достаточно понятные информационные сообщения.

Рисунок 6

Вывод результатов расчётов осуществляется в файл (текстовый формат *.txt, *.dat) или на экран в графическом или текстовом виде. Вывод графика осуществляется в правой части окна программы (рисунок 6). Для построения графика достаточно в диалоговом окне выбрать из списка параметры по оси Х и Y. При наведении курсора мыши на точку на графике появляется строка с информацией о точке: номер задания на расчёт, номер точки, параметр по оси Х и параметр по оси Y. Для вывода параметров в файл необходимо предварительно сформировать список параметр для вывода. Сформированный список можно сохранить для использования в других проектах. Графики могут быть сохранены в виде графических файлов в формате *.emf. Данный формат сохраняет рисунки с высоким качеством, не занимают много места на диске и с лёгкостью вставляются в документы Microsoft Office.

Рисунок 7

ПК ThermoGTE позволяет проводить расчёты любых термогазодинамических схем. На рисунках ниже приведены схемы, которые в настоящий момент просчитывались авторами проекта.

Одноконтурный турбореактивный двигатель (ТРД)

Одноконтурный турбореактивный двигатель с форсажной камерой сгорания (ТРДФ)

Двухвальный одноконтурный турбореактивный двигатель (ТРД)

Двухконтурный турбореактивный двигатель с форсажной камерой сгорания (ТРДДФ) и двумя теплообменниками в наружном контуре

Турбовальный газотурбинный двигатель

Двухвальный газотурбинный двигатель с осецентробежным компрессором и свободной турбиной

Турбовальный газотурбинный двигатель с регенерацией тепла выхлопных газов

Двухконтурный двигатель с большой степенью двухконтурности

Двухконтурный двигатель с большой степенью двухконтурности и регенерацией тепла выхлопных газов

Двухконтурный турбореактивный двигатель с дополнительным вентилятором, расположенным сзади

Двухконтурный турбореактивный двигатель изменяемого процесса

Трёхконтурный турбореактивный двигатель с соплом в третьем контуре