Термогазодинамические расчёты ГТД logo

Категории раздела

Новости [21]
Для новостей сайта

Наш опрос

Какую информацию надо добавить на сайт?
Всего ответов: 7

Статистика


Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0

Возможности ПК ThermoGTE

         ПК ThermoGTE предназначен для решения задач, стоящих при разработке, доводке и эксплуатации газотурбинных двигателей и энергетических установок. История программ термогазодинамического расчёта газотурбинных двигателей вместе с началом использования вычислительных машин в отрасли. Постепенно совершенствовались методики расчёта узлов, учёта термогазодинамических свойств рабочего тела, способы решения системы неоднородных алгебраических уравнений и т.д. Современные возможности операционных систем персональных компьютеров позволяют на совершенно ином новом уровне подойти к «простым» программам термогазодинамического расчёта.

        В чём же отличие ПК ThermoGTE от других подобных программ и каковы её нынешние возможности?

        В первую очередь необходимо отметить интуитивно-понятный интерфейс. Работа над интерфейсом заняла самое значительное время при разработке ПК. И дело тут не в трудоёмкости написания кода интерфейса, а в сложности его разработки. Основная его задача - облегчить работу инженера, сократить время проведения расчётов и подготовки отчётных документов. В ПК продумана каждая кнопка, реализованы уникальные способы отображения результатов расчётов для оценки своей работы «на лету». Это значительно сокращает время, которое требуется инженеру для того, что бы оценить результаты своей работы. Кроме того, реализованные в ПК решения позволили практически «мгновенно» составлять отчётные документы, распечатывать графики и таблицы с расчётными параметрами.

        Безусловно, в ПК использован усовершенствован метод решения СНАУ, благодаря чему повысилась устойчивость решения СНАУ и таким образом повышена надежность работы программы, которая особо нужна для решения динамических задач. Кроме того, появляется возможность добавления дополнительных уравнений к СНАУ, а это важно для решения задачи идентификации ММ под эксперимент. Всё это, в совокупности, позволяет использовать ПК ThermoGTE на любом этапе жизненного цикла двигателя. Приведу здесь наиболее полный перечень функциональных возможностей ПК.

  1. «Закладка» нового двигателя, например, с «нуля» или при модернизации существующего. Даже когда мы ещё ничего не знаем о новом двигателе, кроме потребной тяги или расхода воздуха, эта задача решается с помощью ПК. Конечно, для этого надо заложить какие-нибудь характеристики узлов, но это не является проблемой, т.к. для формирования облика двигателя достаточно воспользоваться имеющимися под рукой характеристиками узлов и средствами ПК отмасштабировать их под предполагаемые параметры. Далее в режиме «Увязка» проводим несколько расчётов с варьированием необходимых параметров (например Т*г, или степень сжатия), строим графики зависимости основных параметров и в полученной сетке выбираем наиболее оптимальные параметры нового двигателя. На первый взгляд может показаться, что этот путь долгий и в других программах (напр. Gazturb) поиск оптимальных параметров двигателя осуществляется проще, но опыт работы с программой показал, что инженер, который самостоятельно провёл серию несложных увязок и построил необходимые графики на порядок лучше понимает результаты своей работы и готов их квалифицированно защищать перед коллегами.
     
  2. Разработка программ управления двигателем – это одна из важнейших задач при проектировании, доводке и эксплуатации двигателя. Сперва разрабатывается программа управления, а на этапе доводки и лётных испытаний уточняется и корректируется. Т.к. ПК ThermoGTE способна работать в пакетном режиме, то процесс разработки программ управления можно значительно ускорить путём работы ПК с программами многопараметрической оптимизации. Мы, например, приспособились использовать ПК IOSO. В самом «тяжёлом» случае нам потребуется немного знаний языка программирования Fortran для создания небольшого файла для расчёта критерия оптимизации. Ну, а для простых схем можно обойтись и без этого. Формируется критерий оптимизации (например, максимизация тяги или минимизация удельного расхода топлива), задаются допустимые ограничения, жмётся кнопка запуска и через несколько проходов в 5-10 минут мы имеем парето возможных решений. Затем собираем из них программу управления двигателем. Вся эта процедура теперь занимает один рабочий день одного специалиста. До этого, приходилось трудится с неделю…
     
  3. Расчёт Высотно-Скоростных Характеристик и Дроссельных характеристик (ВСХ и ДРХ). Ну, здесь всё понятно. Подробности вряд ли нужны. Можно лишь отметить, что время выпуска отчёта по ВСХ в полном объеме, включающего несколько разделов (основные данные, влияние отборов воздуха и мощности на основные параметры, дроссельные характеристики, полётный малый газ, температурные отклонения от стандартной атмосферы) требуется не более одного месяца.
     
  4. Исследования тягово-экономических характеристик двигателя в составе силовой установки ЛА. Вы знаете, что силовая установка это как минимум Воздухозаборник – двигатель- выходное устройство (сопло). Один и тот же двигатель может быть установлен на разные ЛА. И, следовательно, мы имеем совершенно разную эффективную тягу силовых установок различных ЛА при одном и том же двигателе. Вот эту задачу легко решить в ПК. Надо только задать характеристики воздухозаборника и сопла в «Альтернативные характеристики узлов», при этом никакой новой «увязки» двигателя не требуется.
     
  5. Параметрические расчёты. Этот раздел предназначен для исследований, которые, как правило, возникают на этапе проектирования двигателя или на этапе его стендовых испытаний. Из этих расчётов получаются так называемые «малые отклонения» для двигателя. Смысл их очень прост: отклоняем на некоторую (как правило это 1 %) величину (КПД узла, величину отбора, частоту вращения, расход воздуха, атмосферные условия) и смотрим на какую величину отклоняются все другие параметры двигателя (степени сжатия, тяга, расход топлива, температура газа и т.д.). «Давным-давно», когда ещё вычислительные машины не были персональными, расчёт малых отклонений был обязательным пунктом при расчёте двигателей. Далее, отчёт по малым отклонениям использовался при обработке результатов испытаний, прогноза параметров двигателя при изменении характеристики узлов и т.д. И сейчас (правда всё реже и реже) отчёты по малым отклонениям используется в практике. Сегодня, ввиду трудоёмкости разработки отчётов по малым отклонениям, часто инженер предпочитает быстро провести параметрическое исследование на своём компьютере, а не выпускать сложный отчёт.
     
  6. Динамические расчёты (расчёт переходных процессов). Режим работы ПК предназначен для определения параметров двигателя при изменяющихся во времени внешних условиях и параметрах управления. Для моделирования динамических процессов применяется квазистационарная постановка, когда используются стационарные характеристики элементов, а уравнения балансов мощностей СНАУ заменяются дифференциальными уравнениями динамики роторов. В этом режиме, например, можно посмотреть как изменяется ЛРР на характеристике компрессора при резком снижении или подаче топлива в ОКС. Результаты расчётов, например, могут быть основой для корректировки времени приёмистости двигателя. Это пример задачи попроще… А вот пример задачи посложнее: расчёт динамики частей ротора при его разрыве, т.е. оценка поведения турбины и её компрессора если произойдёт разрушение их вала.
     
  7. Передача ММ двигателя заказчику. Высотно-скоростные характеристики, изданные на бумаге в виде технического отчёта, для разработчика ЛА вещь нужная, но неудобная. Гораздо удобнее работать с математической моделью двигателя, чем с таблицами. Поэтому ПК ThermoGTE имеет функцию использования в самолётостроительном КБ. Данная функция активируется по ключу, который закрывает использование таких возможностей программы как разработка программы управления двигателем, изменение характеристик узлов двигателя, изменение пневмосхемы двигателя и схемы охлаждения турбины. Ограничивается перечень параметров, остаются доступными параметры, необходимые для увязки двигателя с самолётом. Входными данными для расчёта являются следующие исходные данные: условия полёта (высота, Мполёта, отклонение температуры и давления наружного воздуха), отборы воздуха и мощности на самолётные нужды. Также открыта возможность задания характеристик воздухозаборника и выходного устройства конкретного ЛА. Выбор режима работы двигателя задаётся углом положения РУД. ПК, передаваемая самолётчикам не ограничена по функциональным возможностям для расчёта характеристик двигателя: это и ВСХ, дроссельные, расчёты в точке, переходные режимы, параметрические исследования. Т.к. ПК ThermoGTE может работать в пакетном режиме, то легко организовать интеграцию ПК с ПК для расчёта ЛА. Эта связка позволяет быстро решать любые задачи по ЛА. Например, оценить суммарный расход топлива за полёт, при выполнении заданного полётного задания, или рассчитать режим работы двигателя для обеспечения взлёта самолёта с высотного аэродрома в жаркий день, выбрать режим работы двигателя для обеспечения максимальной дальности полёта ЛА и т.д.
     
  8. Идентификация ММ. Расчёты двигателя должны адекватно описывать характеристики двигателя, поэтому ММ надо идентифицировать по результатам эксперимента. Методы идентификации есть разные, но цель этих методов одна – найти поправочные коэффициенты к исходной ММ. В ThermoGTE реализован инструмент для решения этой задачи. Делается это путём подбора выбранного коэффициента под получение измеренного параметра (например, подбираем КПД компрессора до получения измеренной температуры за компрессором). Удобство этого инструмента заключается в том, что подбор ведётся автоматически, исследователю требуется только составить дополнительную к основной СНАУ систему уравнений, которая будет включать в себя измеренные параметры и коэффициенты, с помощью которых эти параметры будут получаться. Реализованная автоматизация процесса идентификации позволяет оперативно обрабатывать сразу все экспериментальные точки. При этом исследователь может оперативно менять комбинацию измеренных параметров и поправочных коэффициентов. Также идентификацию ММ можно реализовать с помощью многопараметрического оптимизатора IOSO. Но это тема отдельной статьи.
     
  9. ММ для тренажёра. Раз у нас есть ММ двигателя, то почему бы не использовать её для нужд тренажёрных систем? Но для этого ММ надо максимально упростить, чтобы повысить надежность и сократить время расчёта, т.е. заставить модель работать в режиме реального времени. Наша работа с тренажёрными комплексами показала, что даже в режиме расчёта переходных процессов, для обеспечения режима реального времени требуется устанавливать временную задержку при выводе результатов (конечно, если компьютер не Pentium I). Но, естественно, сначала ММ надо немного к этому подготовить. Для этого берём собранную в ThermoGTE ММ двигателя, максимально сглаживаем все характеристики узлов (это делается для облегчения выполнения процедур интерполяции), задаем упрощенную термодинамику (к=1.4 для воздуха и 1.33 для газа), упрощаем воздушную схему по максимуму (но разумно, чтобы не испортить внутренние параметры отборов воздуха на нужды ЛА), идентифицируем эту упрощенную ММ под эксперимент и получаем ММ для тренажёрного комплекса. Запускаться ММ может либо на полнофункциональной версии ThermoGTE, запущенной в пакетном режиме, без отображения окна программы на экране, либо через отдельный *.DLL файл. Правда за *.DLL файлом надо будет обращаться к разработчику. Адекватность поведения такой модели на пару порядков выше традиционного способа получения параметров двигателя через интерполяцию и экстраполяцию ВСХ снятых с бумаги. Моделируются переходные процессы начиная от запуска на земле и в воздухе и заканчивая выбегом на останове. Моделируются и внештатные ситуации с забросом температуры газа, частоты вращения, обрыв ротора, помпажные явления и т.д. А это, как Вы понимаете, значительно расширяет круг тренировочных задач.

Вход на сайт

Поиск

Календарь

«  Декабрь 2018  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
     12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
31

Архив записей

Друзья сайта

  • Официальный блог
  • Сообщество uCoz
  • FAQ по системе
  • Инструкции для uCoz
  • Реклама