Структурно-параметрическая оптимизация турбокомпрессоров ТРДД на этапе концептуального проектирования

• Автор: Крупенич, Илья Николаевич
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 179 с. : ил.

1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТУРБОКОМПРЕССОРОВ ТРДЦ

1.1. ГТД как объект проектирования

1.2. Анализ работ по проектированию проточной части турбокомпрессоров ТРДЦ

1.3. Аналитический обзор методов автоматизированного проектирования проточной части турбокомпрессоров

1.4. Проблемы начального этапа проекшровашы турбокомпрессора ТРДЦ

2. МЕТОД ФОРМИРОВАНИЯ ОБЛИКА ТУРБОКОМПРЕССОРА ТРДЦ

2.1. Постановка задачи формирования облика турбокомпрессора ТРДЦ

2.2. Параметры, определяющие облик турбокомпрессора

2.3. Критерии оптимизации конструктивно-геометрических параметров турбокомпрессора

2.4. Метод согласования конструктивно-геометрических параметров турбокомпрессоров ТРДД

2.5. Математические модели турбокомпрессора

2.5.1. Математическая модель осевого компрессора
2.5.2. Математическая модель центробежного компрессора
2.5.3. Математическая модель осевой турбины
2.5.4. Математическая модель согласования параметров турбокомпрессора
2.6. Метод выбора рациональных конструктивно-геометрических н конструктивно-схемных признаков турбокомпрессора ТРДД
3. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ПОДСИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ ОБЛИКА ТУРБОКОМПРЕССОРА ТРДД (АСТРА-ТКО)
3.1. Назначение подсистемы и решаемые задачи
3.2. Концепция построения подсистемы
3.3. Структура подсистемы и ее компоненты
3.4. Описание функционирования
3.5. Программное обеспечение и его основные характеристики
4 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНО-ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ
ПАРАМЕТРОВ ТУРБОКОМПРЕССОРА НА МАССУ ТРДД
4.1 Зависимость массы ТРДД от приведенных скоростей на входе и выходе его лопаточных машин
4.2 Зависимость массы ТРДД от относительных геометрических параметров
4.3 Зависимость массы ТРДД от нагружениостп турбин и напорности компрессоров
4.4 Зависимость массы ТРДД от длительности работы двигателя на режимах, эквивалентных максимальному
5 АПРОБАЦИЯ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДОВ
5.1 Оценка достоверности получаемых результатов
5.2 Примеры формирования вариантов проточной части, отличающихся конструктивно-схемными признаками
5.3 Оценка эффективности разработанных методов и автоматизированных средств
5.4 Внедрение результатов работы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ Условные обозначения
И К2 - массовый расход, —; с
г - численный коэффициент в уравнении расхода, 1 1кг -К V Дж
Р - давление, Па;
И — площадь проходного сечения, м2;
Ч(Хг) - относительная плотность тока;
% - приведенная скорость потока; -
т. - температура, К;
и - диаметр, м;
ъ - высота лопатки, м;
- относительный диаметр втулки;
2 — число ступеней;
ь Лж — удельная работа, ; кг
Не р - средний коэффициент напора;
и м — окружная скорость, —; с
* Ут - параметр нагруженности турбины;
п - коэффициент полезного действия;
п 1 - частота вращения, —; с -
- напряжение от растягивающих сил, Па;
-предел прочности, Па;
— коэффициент формы рабочей лопатки;
— коэффициент запаса прочности;
Р кг -плотность, —-; м3
т - длительность работы двигателя на режимах, эквивалентных
максимальному, ч;

геометрические параметры турбокомпрессора, схему турбокомпрессора п однозначно определяют значения частных критериев эффективности двигателя.
Целевая функция і7 может быть сформирована из множества значений частных критериев эффективности У = (_у1,д>2>—»Л»—) на основании
выбранной стратегии, например:
• минимаксной стратегии поиска оптимального решения
і7 = тах[буг- (X, бд.)];
• аддитивной свертки критериев
- F = Z[ï>Уi(X’Sk)l

• мультипликативной свертки
Ґ = П[8Л(^

Здесь 5у;- - нормированная по оптимальному значению
у. — 1;°РГ 5у, = Р/-;
у I ** ппг

пли по техническому заданию

величина /-го критерия;
Ч ■'г
рг- — коэффициент важности (весомости ) г-го критерия.
Минимаксная стратегия поиска оптимального решения, достаточно широко используется при решении оптимизационных задач в технике, но в данном случае она применена быть не может, поскольку при наліпиш дискретно изменяющегося критерия (например, такого как число ступеней) на некоторых участках целевая функция теряет свойство выпуклости, что не позволяет отыскать наиболее эффективное решение. Например, на рисунке 2.1 можно видеть, что с точки зрения минимаксного принципа оптимальности, варианты со значениями оптимизируемой переменной х и х”,- равноэффектпвны, несмотря на то, что по частным критериям гу и у2