Особенности синтеза расчетных алгоритмов аналитических ИДМ рабочих процессов проточной части разнотипных ГТД

Общие положения.

Зная входные параметры можно рассчитать все термогазодинамические параметры.

Аналитическая ИДМ ГТД содержит полную систему нелинейных уравнений, которые описывают:

- термогазодинамические параметры и характер констр. узлов газогенератора двигателя;

- совместную работу узлов проточной части;

- законы управления двигателем на установившихся режимах работы

Методика позволяет проводить оперативные расчеты ТГП при рабочих процессах двигателя и диагностики признаков их узлов как при начальном (стендовом) ТС, так и при их деградации в процессе эксплуатации. При этом использование автоматизированной системы оперативной оценки ТС двигателя в условиях эксплуатации дает возможность существенно повысить уровень информативности и диагностировать их ТС, уменьшить вероятность ошибок 1 и 2 рода при принятии решений.

Адекватность и работопригодность разработанных ИДМ типового ТГДД обеспечивается выполнением следующих условий:

- необходимое условие – наличие баз концептуальных и экспертных знаний данного двигателя, которые сохраняются в информационном массиве АСД;

- достаточное условие – наличие динамического реестра (базы) текущих данных работы двигателя в виде текущих значений контролируемых параметров (n_кнд, n_квд, Т^*_т…) на установившихся режимах работы конкретного экз. двигателя и параметров атмосферы в которых он находится во время работы, которые вводятся на вход системы диагностирования в автоматическом или ручном режиме.

При методической разработке аналитических ИДН используются известные и общепринятые в теории ГТД допущения:

- реальный пространственный поток рабочего тела, который формируется элементами проточной части двигателя, моделируется усредненным одномерным потоком;

- влияние силы тяжести на поток газа не учитывается;

- теплообмен между рабочим телом и элементом конструкции не учитывается;

- конденсация пара, диссоциация и химическое взаимодействие прод. сгорания не учитывается;

- влияние давления на плотность рабочего теля не учитывается.

Программное обеспечение системы диагностирования типового ТРДД с низким уровнем контролепригодности сводится к рабочему расчетному алгоритму аналитической ИДМ данного типа двигателя в виде последовательных программных модулей (программ), которые описывают рабочий процесс отдельных узлов двигателя и их совместную работу.

Входное устройство.

Основное требование ко входному устройству – потеря полного давления в нем должно быть минимальным. Оценить эти потери можно, зная величину коэффициента сохранения полного давления (σ _вх) при различных условиях полета. Именно этот диагностический признак наиболее полно характеризует ТС входного устройства. Входными данными для расчета являются:

t_н; Р_н; V_пр (М_н). Тогда коэф. сохранения полн. Давления для дозвуковых ТРДД запишется:

(4.1)

где - величина относительного отклонения текущего значения проведенного расхода воздуха через входное устройство от его значения в начале эксплуатации двигателя.

В случае отсутствия показаний числа М, его можно рассчитать по формуле:

(4.2)

где а_н – местн. скорость звука;

Δ _н = - относительная плотность воздуха.

Для ТРДД высокого уровня контролепригодности:

(4.3)

Изменение ТС вх. устройств оценивается по относительной величине отклонения текущего эксплуатационного значения коэффициента сохранения полного давления (σ _вх.тек.) от его начального значения (стенд).

(4.4)

Дополнительными расчетными входными параметрами вх. устройства двигателя которые необходимы для расчета и диагностики узлов двигателя, являются:

(4.5)

(4.6)

Особенности методик определения уд. работ узлов и полных температур в характерных сечениях ТРДД.

Для расчета параметров рабочего процесса узлов ТРДД (компр. и турб) в представляемой ИДМ используются допущения:

1. При расчете полной (суммарной) уд. работы турбины (L_T) допускается:

(4.7)

где (const)₁ – постоянная режимная величина для данного типа ТРДД, которая определяется по известным входным данным с дроссельных характеристик на нескольких установившихся режимах.

При этом предлагаемая методика определения (const)₁ заключается в следующем:

- зарегистрированное по прибору текущее значение n_КВД приводится к САУ по соотношению:

- по тестовой кривой дроссельной характеристике Т^*_Гпр=f(n_КВДпр) определяется величина Т^*_Гпр для конкретного установившегося режима работы ТРДД;

- действительное текущее расчетное значение Т^*_Гтек определяется по формуле:

;

- величина (const)₁ для определенного диагностируемого режима работы определяется:

Т.о. исходя из 4.7. появляется возможность рассчитать текущее значение полной рат. газа по текущим значениям n_КВД

(4.8)

Тогда суммарная удельная работа турбин ТРДД рассчитывается как:

(4.9)

2. При расчете удельной работы компрессоров и турбин ВД используются следующие допущения:

(4.10)

где (const)₂ – постоянная режимная величина для данного типа ТРДД, которая определяется по известным выходным данным с дроссельной характеристики на нескольких установившихся режимах.

При этом предлагаемая методика определения (const)₂ заключается в следующем:

- по тестовой кривой типового ТРДД определяется величина (const)₂. Тогда уд. работа КВД рассчитывается:

(4.11)

где - определяется по 4.8.

Работа турбины ВД:

(4.12)

где - определяется по данным расчета типового ТРДД.

Величина уд. раб. турбины НД:

(4.13)

3. При расчете удельной работы КНД используются допущения:

(4.14)

При этом предлагается методика заключающаяся в следующем:

- n_КНД приводится к САУ

(4.15)

- по тестовой кривой определяется величина (const)₃ для конкретного установившегося режима.

Тогда

(4.16)

Температура за КНД (или перед КВД):

(4.17)

Температура за КВД:

(4.18)

Температура газов турбин ВД (или перед труб. НД):

(4.19)

Температура газов перед ТВД:

(4.20)

Расчет величины степени двухконтурности:

(4.21)

где - определяется по данным расчета типового ТРДД.

Расчет относительного расхода топлива:

(4.22)

где С_уд.ср = 0, 878 + 0, 208 (Т^*_г+0, 48 Т^*_к) – усредненная удельная теплоемкость газа для диагностируемого режима работы двигателя;

η _сгор – коэффициент выделения тепла при сгорании топлива;

Н_и – нижняя теплотворность сорта топлива.

Расчет значений расхода и давления рабочего тела в характерных сечениях узлов ТРДД.

Расход воздуха через КНД:

(4.23)

Расход воздуха через КВД:

(4.24)

Расход газа через ТВД и ТНД:

(4.25)

где - известная величина для типового ТРДД.

Полное давление:

- на входе в КВД:

(4.26)

где Р^*_В – полное давление на вх. в КНД, рассчитанное по 4.6.

- на выходе из КВД:

(4.27)

На входе в ТВД:

(4.28)

где на всех установившихся режимах (от крит. и выше).

Суммарная степень ↑ давления в компрессорах:

(4.29)