Preview

Аэрокосмический научный журнал

Расширенный поиск

Математические модели высокого уровня в задачах расчета параметров авиационных ГТД

https://doi.org/10.24108/aersp.0217.0000061

Полный текст:

Аннотация

В статье описаны математические модели высокого уровня, предназначенные для решения специальных задач, возникающих на более поздних стадиях проектирования и связанных с расчетом авиационного ГТД в реальных условиях эксплуатации. Применение повенцовых математических моделей, а также математических моделей более высокого уровня, включающих 2D и 3D описание рабочего процесса в узлах и элементах двигателя, позволяет определять параметры и характеристики авиационного двигателя в условиях, значительно отличающихся от расчетных.

Рассмотрено применения методов математического моделирования (МММ) при решении широкого ряда практических задач, таких как форсирование двигателя впрыском воды в проточную часть, оценка влияния тепловой нестационарности на характеристики ГТД, моделирование режимов запуска и авторотации двигателя и другие. Показано, что применение МММ при оптимизации в системе двигателя законов регулирования направляющих аппаратов компрессора, а также подачи охлаждающего воздуха в горячие элементы турбины может позволить значительно улучшить интегральные тягово-экономические характеристики двигателя с учетом сохранения его газодинамической устойчивости, надежности и ресурса.

Следует иметь в виду, что повенцовые математические модели двигателя предназначены для решения чисто «двигательных» задач и не подменяют существующие модели различного уровня сложности, применяемые при расчете и проектировании компрессоров и турбин, так как по «качеству» описания рабочих процессов в этих узлах неизбежно уступают таким специализированным моделям.

Показано, что выбор уровня математического моделирования авиационного двигателя для решения той или иной задачи, возникающей при его проектировании и расчетном исследовании, является в значительной степени компромиссной задачей. Несмотря на существенно более высокую «разрешающая способность» и информативность двигательные математические модели, содержащие 2D и 3D подходы к расчету течения в элементах лопаточных машин, нашли достаточно ограниченное применение в практике расчетных исследований авиационных двигателей, а применяются, в основном, при проектировании вентиляторов, компрессоров и турбин, а также поверочных автономных расчетах этих узлов.

Об авторах

Ю. А. Эзрохи
ФГУП ЦИАМ им. П.И. Баранова, Москва; МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия

Эзрохи Юрий Александрович

к.т.н., стар. науч. сотр., доцент, нач. сектора



Е. А. Хорева
ФГУП ЦИАМ им. П.И. Баранова, Москва
Россия

Хорева Елена Александровна

инженер



Список литературы

1. Эзрохи Ю.А. Моделирование двигателя и его узлов // Машиностроение: Энциклопедия. Раздел IV: Расчет и конструирование машин. Т. IV-21: Самолеты и вертолеты. Кн. 3: Авиационные двигатели / Ред.-сост. В.А. Скибин, Ю.М. Темис, В.А. Сосунов; отв. ред. К.С. Колесников. М.: Машиностроение, 2010. С. 341-353.

2. Хорева Е.А., Эзрохи Ю.А. Ординарные математические модели в задачах расчета параметров авиационных ГТД // Аэрокосмический научный журнал. 2017. Т. 3. № 1. DOI: 10.24108/rdopt.0117.0000059

3. Теория авиационных двигателей: учебник. Ч. 1 / Ю.Н. Нечаев, Р.М. Федоров, В.Н. Котовский, А.С. Полев; под ред. Ю.Н. Нечаева. М.: Изд-во Военно-воздушной инженерной академии им. проф. Н.Е. Жуковского, 2006. 366 с.

4. Эзрохи Ю.А. Моделирование и исследование влияния впрыска испаряющейся жидкости в проточную часть ГТД на его характеристики // Вопросы авиационной науки и техники. Сер.: Авиационное двигателестроение. М.: ЦИАМ, 1991. Вып. 3. С. 21-36.

5. Эзрохи Ю.А., Харьковский С.В. Адаптивная система охлаждения турбины низкого давления ТРДД // Двигатель. 2012. № 5. С. 12-13.

6. Veres J.P., Jones S.M., Jorgenson P.C.E. Performance modeling of honeywell turbofan engine tested with ice crystal ingestion in the NASA Propulsion System Laboratory // SAE 2015 Intern. conf. on icing of aircraft, engines and structures (Prague, Czech Republic, June 22-25, 2015): Technical papers. Warrendale: SAE, 2015. 10 p. DOI: 10.4271/2015-01-2133

7. Теория авиационных двигателей: учебник. Ч. 2 / Ю.Н. Нечаев, Р.М. Федоров, В.Н. Котовский, А.С. Полев; под ред. Ю.Н. Нечаева. М.: Изд-во Военно-воздушной инженерной Академии им. проф. Н.Е. Жуковского, 2007. 447 с.

8. Бойко Л.Г., Карпенко Е.Л. Метод расчета характеристик турбовального двигателя с повенцовым описанием многоступенчатого осевого компрессора // Вестник двигателестроения. 2007. № 3. С. 143-146.

9. Эзрохи Ю.А. Математическое моделирование авиационных ГТД с повенцовым описанием лопаточных машин в системе двигателя // Вопросы авиационной науки и техники. Сер.: Авиационное двигателестроение. М.: ЦИАМ, 1995. Вып. 1. С. 28-51.

10. Сосунов В.А., Литвинов Ю.А. Неустановившиеся режимы работ авиационных газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1975. 216 с.

11. Троицкий Н.И., Хакимов Х.Х. Анализ возможных путей кратковременного форсирования ГТД на примере вспомогательного газотурбинного энергоагрегата // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2016. № 5. С. 93-103. DOI: 10.7463/0516.0840406

12. Tsuchia T., Murthy S.N.B. Axial-compressor flow distortion with water ingestion // AIAA 21st Aerospace Sciences Meeting (Reno, Nevada, USA, January 10-13, 1983): Proc. N.Y.: AIAA, 1983. 9 p.

13. Иванов В.Л., Щеголев Н.Л., Скибин Д.А. Повышение эффективности двухконтурного турбовентиляторного двигателя введением промежуточного охлаждения при сжатии // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2014. № 11. С. 75-83.

14. Беркович А.Л. Исследование движения жидкой фазы в проточной части осевого компрессора // Известия высших учебных заведений. Энергетика. 1987. № 9. С. 66-67.

15. Вараксин А.Ю. Гидрогазодинамика и теплофизика двухфазных потоков: проблемы и достижения (обзор) // Теплофизика высоких температур. 2013. Т. 51. № 3. С.421-455.

16. Эзрохи Ю.А., Антонов А.Н. Математическое моделирование авиационного газотурбинного двигателя на установившихся и переходных режимах с учетом элементов тепловой и газодинамической нестационарности // Авиационные двигатели и силовые установки / Под ред. А.И. Ланшина. 2-е изд. М.: Торус Пресс, 2010. С.160-193.

17. Теплопередача в охлаждаемых деталях газотурбинных двигателей летательных аппаратов / В.И. Локай, М.Н. Бодунов, В.В. Жуйков, А.В. Щукин. М.: Машиностроение, 1985. 216 с.

18. Холщевников К.В., Емин О.Н., Митрохин В.Т. Теория и расчет авиационных лопаточных машин: учебник. 2-е изд. М.: Машиностроение, 1986. 432 с.

19. Иванов В.Л. Воздушное охлаждение лопаток газовых турбин: учеб. пособие / под ред. М.И. Осипова. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. 94 с.

20. Иванов В.Л., Седлов А.А. Численное моделирование газодинамики и теплообмена при струйном натекании на поверхность // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2012. № 4. С. 75-78.

21. Дрыгин А.С., Евстигнеев А.А., Полев А.С., Эзрохи Ю.А. Повышение уровня моделирования лопаточных машин в системе математической модели ГТД // Двигатель. 2012. № 6. С. 10-12.

22. Милешин В.И., Коржнев В.Н., Фатеев В.А., Степанов А.В. и др. Экспериментальное исследование влияния числа Рейнольдса на характеристики двухступенчатого компрессора. Влияние неоднородности входного потока на характеристики высоконапорной широкохордной ступени вентилятора // Основные результаты научно-технической деятельности ЦИАМ 2015-2016: науч.-техн. сб. М.: ЦИАМ, 2016. С. 254-258.

23. Краснов С.Е. Устойчивость авиационных ГТД (опыт математического моделирования) // Техника воздушного флота. 2016. Т. 90. № 2-3. С. 3-69.

24. Colin Y., Aupoix B., Boussuge J.F., Chanez P. Numerical simulation of the distortion generated by crosswind inlet flows // 18th Intern. symp. on air breathing engines: ISABE 2007 (Beijing, China, Sept. 2-7, 2007): Proc. N.Y.: AIAA, 2007. 12 p.

25. Иванов М.Я., Нигматуллин Р.З. Аэродинамика проточной части ГТД // ЦИАМ 2001-2005. Основные результаты научно-технической деятельности / Под общ. науч. ред. В.А. Скибина, В.И. Солонина, М.Я. Иванова. Т. 1. М.: ЦИАМ, 2005. С.80-84.

26. Макаров В.Е., Андреев С.П., Берсенева Н.В., Федорченко Ю.П., Фролов В.Н., Орлова Я.В., Пашкевич Е.П. Многоуровневая математическая модель ТРДД большой степени двухконтурности, объединяющая 3D модели узлов системы низкого давления и 1D модель двигателя // Всероссийская науч.-техн. конф. «Авиадвигатели XXI века» (Москва, ЦИАМ им. П.И. Баранова, 24-27 ноября 2015 г.): Сборник тезисов докладов. М.: ЦИАМ, 2015. С. 83-85.

27. Архипов Д.В. Особенности аэродинамического проектирования высоконапорных ступеней многоступенчатых осевых компрессоров // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Машиностроение. 2010. № 3. С. 77-80.

28. Моляков В.Д., Куникеев Б.А. Особенности проектирования эффективных турбин с учетом влияния радиального зазора // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2014. № 9. С. 9-18. DOI: 10.18698/0536-1044-214-9-9-18

29. Милешин В.И., Орехов И.К., Старцев А.Н., Щипин С.К. Новый трехмерный метод решения обратной задачи для уравнений Навье-Стокса применительно к проектированию венцов турбомашин // ЦИАМ 2001-2005. Основные результаты научно-технической деятельности / Под общ. науч. ред. В.А. Скибина, В.И. Солонина, М.Я. Иванова. Т. 1. М.: ЦИАМ, 2005. С. 254-262.


Для цитирования:


Эзрохи Ю.А., Хорева Е.А. Математические модели высокого уровня в задачах расчета параметров авиационных ГТД. Аэрокосмический научный журнал. 2017;3(2):34-47. https://doi.org/10.24108/aersp.0217.0000061

For citation:


Ezrokhi Y.A., Khoreva E.A. The High Level Mathematical Models in Calculating Aircraft Gas Turbine Engine Parameters. Aerospace Scientific Journal. 2017;3(2):34-47. (In Russ.) https://doi.org/10.24108/aersp.0217.0000061

Просмотров: 201


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2413-0982 (Online)