Совершенствование методов выбора параметров при газодинамическом проектировании многоступенчатой неохлаждаемой турбины авиационных газотурбинных двигателей

• Автор: Кащеева, Полина Витальевна
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 215 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Список условных обозначений

Введение

Глава 1. Состояние вопроса и постановка задач исследования

1.1 Основные тенденции развития методов проектирования турбин ГТД

1.2 Проблема выбора параметров, назначаемых на начальной стадии проектирования газовых турбин
1.2.1 Подходы к вопросу о распределении нагрузок по ступеням многоступенчатой турбины

1.2.2 Выбор степени реактивности

1.3 Методы, используемые при определении оптимальных

параметров многоступенчатой турбины

Выводы по главе

Глава 2. Разработка математической модели одномерного
газодинамического расчета турбинной ступени
2.1 О термодинамических особенностях авиационных диагональных газовых турбин
2.2 Выбор эмпирических зависимостей, позволяющих определить потери в решетках и коэффициенты скорости в них ф и |
2.2.1 Зависимость коэффициентов профильных потерь от основных параметров решетки
2.2.2 Вторичные потери в турбинных решетках
2.2.3 Потери от перетекания в радиальном зазоре
2.3 Выбор статистических зависимостей, позволяющих определить геометрические характеристики профилей
2.3.1 Определение удлинения лопаток Ьвых/Ьср
2.3.2 Определение оптимального относительного шага решетки
2.3.3 Определение толщины выходной кромки лопаток
2.3.4 Определение угла установки лопаток
2.4 Статистические данные по геометрическим параметрам проточных частей неохлаждаемых ТНД
2.5 Особенности математической модели одномерного расчета
2.6 Зависимости для определения потерь в проточной части ступени
2.7 Алгоритм газодинамического расчета турбинной ступени
2.8 Тестирование одномерной модели газодинамического расчета
Выводы по главе
Глава 3. Исследование влияния основных параметров турбинной ступени на ее коэффициент полезного действия
3.1 Влияние основных расчетных параметров на потери и коэффициент полезного действия ступени
3.1.1 Исследование влияния основных определяющих параметров
на КПД при постоянных коэффициентах скорости <р и ф
3.1.2 Исследование влияния основных определяющих параметров на КПД с учетом изменения коэффициентов скорости от геометрических и режимных факторов
3.1.3 Исследование влияния 7ГСТ*, и/сад и р на КПД ступени
3.1.4 Исследование влияния изменения среднего радиуса проточной части на КПД ступени
Выводы по главе
Глава 4. Оптимизация турбинной ступени методом нелинейного
программирования
4.1 Выбор метода оптимизации параметров турбинной ступени и многоступенчатой турбины
4.2 Постановка задачи поиска оптимальных параметров турбинной ступени
4.3 Метод поиска оптимальных параметров ступени турбины, назначаемых при проектировании, - метод Нелдера-Мида
4.4 Основные зависимости (и/сад)ор1 от определяющих параметров ступени
4.5 Основные зависимости рор1 от параметров ступени
Выводы по главе
Глава 5. Исследование влияния основных параметров турбины, назначаемых при проектировании, на ее коэффициент полезного действия
5.1 Математическое моделирование проточной части многоступенчатой турбины
5.2 Постановка задачи поиска оптимальных параметров многоступенчатой турбины
5.3 Исследование влияния параметров трехступенчатой турбины на
ее коэффициент полезного действия
5.3.1 Основные особенности полученных зависимостей КПД турбины
5.3.2 Исследование влияния параметров III ступени на КПД турбины
5.3.3 Исследование влияния У на КПД турбины
5.3.3.1 Исследование влияния У и тг-т* на КПД турбины
5.3.3.2 Исследование влияния У и Я,т на КПД турбины
5.3.3.3 Исследование влияния У и ат на КПД турбины
5.3.4 Исследование влияния распределения теплоперепада на КПД турбины
5.3.5 Исследование влияния реактивности I, II ступеней на КПД турбины
5.3.6 Исследование влияния диагональности на КПД турбины
Выводы по главе

параметров по ступеням многоступенчатой турбины [53, 54, 81], подтверждает эффективность одномерной оптимизации на базе методов поиска оптимального решения.
Использование метода численной оптимизации, работающей непосредственно с математической моделью одномерного газодинамического расчета, позволяет определить точные значения оптимальных параметров, обеспечивающие экстремум функции КПД турбины при заданных ограничениях. Решение задачи сводится к нахождению единственной оптимальной “точки”. Однако такой подход не обладает достаточной информативностью, поскольку не дает проектировщику необходимых представлений о закономерностях изменения оптимальных параметров турбины в зависимости от конкретных условий. На практике разработчиков может интересовать анализ чувствительности целевой функции, ограничения, параметров состояния к изменению проектных параметров. Это представляется полезным как при доводке проекта, так и прогнозе отклонения параметров проекта от оптимальных значений, обусловленных, к примеру, технологическими несовершенствами.
Рис. 1.4 Тривиальные решения оптимизации газовой турбины
На практике в основном используют метод вариантных расчетов для выбора параметров вследствие дополнительных трудностей с постановкой оптимизационной задачи и формализацией ограничений. Формализации должны быть подвергнуты ограничения самой математической модели, чтобы