You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
26 Технические науки<br />
«<strong>Молодой</strong> <strong>учёный</strong>» . № 3 (50) . Март, 2013 г.<br />
Экспериментальное исследование статических и динамических характеристик<br />
газотурбинных двигателей на автоматизированных лабораторных установках<br />
SR-30 и TJ-100 при различных алгоритмах управления двигателем<br />
Ахмедзянов Дмитрий Альбертович, доктор технических наук, профессор;<br />
Кишалов Александр Евгеньевич, кандидат технических наук, доцент;<br />
Маркина Ксения Васильевна, аспирант, младший научный сотрудник;<br />
Бакирова Зиля Нуримановна, студент<br />
Уфимский государственный авиационный технический университет<br />
Современный авиационный газотурбинный двигатель<br />
(ГТД) – это технический объект со сложной организацией<br />
рабочего процесса, с чрезвычайно высоким<br />
уровнем рабочих параметров потока, разветвлённой системой<br />
автоматического управления контроля и диагностики<br />
[1].<br />
В настоящее время для ускорения и удешевления процесса<br />
проектирования новейшей перспективной техники<br />
широко применяются технологии компьютерного моделирования.<br />
На стадии выбора конструктивной схемы<br />
и основных параметров цикла ГТД применяются различные<br />
системы имитационного моделирования (СИМ)<br />
в термогазодинамическом аспекте. Одной из таких систем<br />
является СИМ DVIG_OTLADKA [2], позволяющая<br />
моделировать установившиеся и переходные<br />
процессы, происходящие в авиационных ГТД и энергетических<br />
установках на их базе с учётом действия системы<br />
автоматического управления, контроля и диагностики<br />
(САУ) [3–5]. Для успешного применения данного<br />
программного комплекса – разработанных методов и<br />
средств имитационного моделирования, при проектировании<br />
новой перспективной авиационной техники, необходима<br />
экспериментальная проверка её работоспособности.<br />
Целью данной статьи является моделирование и<br />
экспериментальное исследование различных установившихся<br />
и переходных режимов на автоматизированных лабораторных<br />
установках SR-30 и TJ-100.<br />
Моделирование динамических процессов,<br />
протекающих в SR-30<br />
В работах [3, 5] подробно описаны общие подходы к<br />
моделированию авиационных ГТД совместно с их автоматикой<br />
в СИМ DVIG_OTLADKA. Двигатель SR-30 –<br />
это одновальный ГТД, состоящий из входного устройства,<br />
центробежного компрессора, противоточной кольцевой<br />
камеры сгорания, осевой одноступенчатой турбины и реактивного<br />
сопла [5] (рис. 1).<br />
САУ SR-30 работает следующим образом: в зависимости<br />
от угла установки РУД поддерживается частота<br />
вращения ротора с коррекцией по температуре на входе<br />
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта МД-115.2013.08.<br />
в двигатель (т. е. реализуются следующие законы управления<br />
n = f(a РУД, T h) и G t = f(n)); ограничиваются предельные<br />
значения частоты вращения ротора n max и температуры<br />
газов перед турбиной [8].<br />
Топологическая модель двигателя SR-30 и его САУ в<br />
СИМ DVIG_OTLADKA представлена на рис. 2. При помощи<br />
структурного элемента (СЭ) «РУД» моделируется<br />
управление двигателем (a РУД); при помощи СЭ «Насосрегулятор»<br />
выполняется поддержание заданной частоты<br />
вращения ротора изменением расхода топлива в камере<br />
сгорания (G t = f(n)); при помощи СЭ «Ограничитель предельных<br />
параметров (механический)» ограничивается<br />
максимальная частота вращения ротора n max; при помощи<br />
СЭ «Ограничитель предельных параметров (газодинамический)»<br />
ограничивается максимальная температура<br />
в камере сгорания . СЭ «Подача топлива», «Смеситель»<br />
и «Разветвитель информационных потоков» – технологические<br />
элементы необходимые для переключения<br />
на другие программы регулирования.<br />
Для моделирования двигателя с его САУ необходим<br />
закон расчёта, приведённый в табл. 1.<br />
Управляющее воздействие на двигатель задаётся при<br />
помощи задания в законе расчёта (табл. 1) изменения угла<br />
установки РУД во времени a РУД = f(t) (рис. 3). Автоматика<br />
двигателя преобразует управляющее воздействие<br />
с учётом действия гидрозамедлителя – ограничивается<br />
темп изменения угла установки РУД a РУД (т. е. САУ двигателя<br />
значения a РУД приходят с некоторым запаздыванием).<br />
В данном случае смоделирован процесс встречной приёмистости:<br />
в начальный момент времени двигатель работал<br />
на 100 % частоты вращения ротора (a РУД = 67°), на<br />
1-й секунде угол установки РУД уменьшился до 45° за 0,1<br />
с. На 5-й секунде угол установки РУД увеличился с 45° до<br />
67° за 0,1 с.<br />
На рис. 4 приведены линия рабочих режимов (дроссельная)<br />
и переходный процесс «Встречная приёмистость»<br />
на характеристике компрессора.<br />
Динамические характеристики двигателя определяются<br />
моментом инерции ротора. Для моделируемого двигателя<br />
момент инерции ротора принят равным 0,00045<br />
кг·м 2 .
Change language