"Увязка" двигателя

После того как все исходные данные введены, необходимо выполнить расчёт двигателя в расчётной точке. В результате этого расчёта мы согласовываем параметры турбины и компрессора, определяем коэффициенты для расчёта гидравлических потерь, а также площади расчётных сечений. Для такого расчёта предназначен модуль "Увязка". Разберём подробно его работу.

Выполним следующие действия: Раскрываем модуль "Увязка" (кликаем по "+" слева от слова "Увязка" → Выделяем курсором и кликаем Левой Кнопкой Мыши "Основная увязка" → Кликаем в верхней панели меню кнопку "Условия увязки (основная СНАУ).

Перед Вами откроется Диалог "Настройка основных параметров увязки № 1".

Этот Диалог предназначен для задания условий работы двигателя, а также для задания основных параметров, определяющих режим работы двигателя в расчётной точке. Заполняем поля согласно примеру. Для выбора параметров режима нажимаем на и в выпадающем списке выбираем режимные параметры. Обязательно ставим галочку напротив пункта "Не обрабатывать изменение независимых параметров в окне увязки". Это важно, т.к. мы ещё не указали диапазоны изменения параметров узлов в следующем окне, а программа не может работать с нулевыми диапазонами. С этим Диалогом всё сделано, жмём "ОК" и переходим к Диалогу "Проверка системы нелинейных алгебраических уравнений для увязки № 1". Для перехода в этот Диалог жмём на иконку "Выполнить увязку вручную" .

Именно в этом Диалоге происходит расчёт двигателя в расчётной точке. Здесь представлены левые части уравнений (независимые переменные СНАУ) и правые части уравнений СНАУ (невязки). Количество уравнений, как известно, зависит от термогазодинамической схемы двигателя, составить свою схему двигателя и систему для её расчёта Вы сможете при работе с полнофункциональной версией программного комплекса ThermoGTE.

Первым делом устанавливаем диапазоны изменения независимых переменных.

1. Gв пр незав: Приведенный расход воздуха через двигатель; согласно заданной характеристике может изменяться в диапазоне от 0,2 до 1,9 кг/с. Зададим диапазоне с запасом от 0,1 до 2 кг/с;
2. n отн: Относительная приведенная частота вращения ротора; согласно нашей характеристике изменяется от 0,4 до 1.1. Зададим с запасом от 0,1 до 1,1;
3. Х compr (0...1): Параметр характеризующий положение рабочей точки на выбранной напорной ветке. Может принимать значение от 0 (самая крайняя точка ветки в сторону границы запирания) до 1 (точка на границе устойчивых режимов). Меняя Х compr будем задавать степень сжатия компрессора;
4. Пи* Т: Степень расширения на турбины. Задаём значение от 1,1 до 2.0;
5. G топл, кг/с: Расход топлива с камере сгорания. Задаём значения от 0,001 до 0,01 кг/с;
6. F кр: Площадь критического сечения сопла. Задаём значение от 0,001 до 0,1 м².

Теперь сформируем список параметров, который мы будем контролировать в процессе увязки.

Этот список создаётся один раз, затем он может быть сохранён и использован для расчёта других двигателей. С этим списком доступны такие действия как экспорт и импорт.

Список выводится в нижнюю часть Диалога, а для его формирования необходимо нажать на кнопку "Список". Более подробно о формировании списков и их использовании смотрите в статье "Формирование и использование списков".

Вот теперь всё готово для первого расчёта двигателя - его увязки. Процесс увязки  это следующие действия: 1 -  двигаем слайдер и тем самым обнуляем невязки 2, результат контролируем в списке 3. 

В зависимости от того какая перед исследователем стоит задача последовательность обнуления невязок может быть разной. Так, к примеру могут быть следующие случаи: увязка совершенно нового двигателя или увязка двигателя у которого меняется только один узел, который был модернизирован. Мы рассмотрим случай увязки совершенно нового двигателя у которого известен расход воздуха при частоте вращения 100 %, степень сжатия компрессора и температура газа в горле соплового аппарата турбины.

Предварительно придётся сказать пару слов о правых частях уравнений, т.е. невязках. В общем случае Невязка это отношение рассчитанной  программой величины параметра к величине заданного через характеристику или явно параметра минус 1. Предел этого неравенства стремиться к нулю.

Система считается решённой когда сумма квадратов невязок становиться меньше некого числа, например е <0,00005.

Невязки определяют как параметры двигателя (расход, степень сжатия, температуру газа, площадь горла СА турбины и др.) так и параметры определяющие режим работы двигателя (частота вращения, площадь критического сечения сопла и др.). Для нашего простого одноконтурного двигателя существует два контура регулирования двигантелем: 1 - контур подачи топлива и 2 - контур сопла. Другими словами: изменить режим рабты двигателя можно двумя независимыми друг от друга способами: добавить или убрать топливо к камеру сгорания и раскрыть или закрыть сопло.

Приступаем к увязке: подводим курсор к шкале нужного слайдера в области независимых переменных СНАУ. Жмём Правую Кнопку Мыши → выбираем действие. Если выбрано "Подбор под нулевую невязку" то подводим жирную стрелку на числовое значение обнуляемой невязки в правой области окна и жмём Левую Кнопку Мыши.  Если выбрано "Подбор под заданный параметр" то выбираем параметр из списка, задаём его значение и жмём "ОК".

1. Первым делом находим кнопку "Параметры" и снимаем галочку напротив "Не обрабатывать изменения независимых переменных в окне увязки", жмём "ОК".
2. Обнуляем невязку по частоте вращения. Напомню, что частоту вращения мы задали в Диалоге "Проверка системы нелинейных алгебраических уравнений для увязки № 1". Подводим курсор к переменной 2 n отн, Правой Кнопкой Мыши вызываем действие "Подбор под нулевую невязку", подводим жирную стрелку к Огр. реж. раб. (контур Gt)  и жмём Левую Кнопку Мыши. Видим, что невязки приобрела нулевое значение.
3. Задаём необходимую степень сжатия двигателя. Выбираем положение Х compr. Подводим курсор к этой переменной, выбираем "Подбор под заданный параметр", выбираем степень сжатия компрессора, жмём "ОК", задаём значение степени сжатия 3.8 и снова жмём "ОК".
4. Теперь обнуляем невязку по расходу воздуха. Берём первую переменную Gв пр незав. и обнуляем невязку номер 1 Бал. G (ВхУ-компр).
5. Далее обнуляем невязку контура управления соплом. Как мы помним этим контуром мы задали температуру газа перед турбиной. Берём пятую переменную и выбираем "Подбор под нулевую невязку".
6. Теперь необходимо сравнять расход газа через двигатель с той площадью, которую мы задали в исходных данных для турбины. Нажимаем кнопку "Корр. проект", выбираем множитель коэффициента расхода турбины. Правой Кнопкой Мыши вызываем меню "Подбор под нулевую невязку" и обнуляем невязку "Баланс расх. турб".
7. Далее сравниваем мощность на компрессоре и турбине. Берём переменную Пи*Т и подбираем под нулевую невязку "Баланс мощн. "Т" и "К".
8. И последним действием подбираем площадь критического сечения сопла. Для этого независимую переменную Fкр подбираем под нулевую невязку Fкр=Fкр незав.
9. И теперь финал! Жмём на кнопку "Решить СНАУ". Это действие обязательно. Именно по нажатию этой кнопки происходит расчёт всех необходимых геометрических параметров двигателя и всех необходимых коэффициентов для расчёта гидравлических потерь.

На этом процесс увязки завершён и можно переходить к расчётам  высотно-скоростных или дроссельных характеристик двигателя (и вообще всех других расчётов ).