Моделирование рабочего процесса в авиационных ГТД с учетом вращающегося срыва и гистерезиса границы устойчивой работы компрессора

• Автор: Михайлов, Алексей Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 210 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

Обозначения параметров

Индексы

Основные сокращения

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Классификация режимов работы авиационных ГТД. Эксплуатационные ограничения режимов работы авиационных ГТД
1.2 Классификация и характерные особенности режимов работы компрессора в составе сети
1.3 Анализ исследований в области математического моделирования рабочего процесса в осевых компрессорах в устойчивой и срывной областях рабочих режимов
1.4 Аналитический обзор исследований аэродинамического гистерезиса при срывном обтекании аэродинамических профилей
1.5 Сравнительный анализ систем моделирования осевых компрессоров и авиационных ГТД
1.6 Сравнительный анализ систем моделирования авиационных ГТД
1.7 Анализ проблемы и постановка задач исследования
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА В КОМПРЕССОРЕ С УЧЕТОМ РЕЖИМОВ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ СРЫВА И ГИСТЕРЕЗИСА ГРАНИЦЫ УСТОЙЧИВОЙ РАБОТЫ
2.1 Математическая модель для расчета характеристик компрессоров совместно с границей устойчивой работы
2.2 Математическая модель для расчета характеристики компрессора в прогрессирующем вращающемся срыве
2.3 Методика расчета характеристик осевых компрессоров в полном вращающемся срыве
2.4 Методика прогнозирования характеристик компрессора при обратном
направлении потока
Заключение по главе
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ НЕЛИНЕЙНЫХ И НЕСТАЦИОНАРНЫХ ФАКТОРОВ НА ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ПРОГРАММЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ГТД
ЗЛ Особенности построения математической модели рабочего процесса в ГТД с учетом вращающегося срыва и гистерезиса границы устойчивой работы компрессора
3.2 Методика получения и анализ динамической характеристики одновального ГТД с нерегулируемой геометрией проточной части
3.3 Методика получения и анализ динамической характеристики одновального ГТД с регулируемой проточной частью компрессора
3.4 Исследование влияния вращающегося срыва в различных группах ступеней
на характеристику многоступенчатого компрессора
Заключение по главе
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГИСТЕРЕЗИСА СРЫВНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ, ВЕРИФИКАЦИЯ И АПРОБАЦИЯ РАЗРАБОТАННЫХ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
4.1 Результаты экспериментальных исследований аэродинамического гистерезиса на автоматизированной аэродинамической трубе
4.2 Верификация математической модели для расчета характеристик компрессора во вращающемся срыве с учетом гистерезиса границы устойчивой работы
4.3 Верификация СИМ COMPRESSOR_S при расчете параметров в первом и втором квадрантах характеристики компрессора
4.4 Выработка рекомендаций по применению разработанных методик и средств моделирования при формировании законов управления ГТД в устойчивой области рабочих режимов
4.5 Выработка рекомендаций по применению разработанных методик и средств моделирования при формировании законов управления для ликвидации неустойчивой работы компрессоров авиационных ГТД
4.6 Апробация СИМ DVIG_DISTORTION при моделировании рабочего процесса в авиационных ГТД в срывной области рабочих режимов
4.7 Методика применения разработанных математических моделей и критериев в качестве программно-методического обеспечения системы диагностирования
срывных режимов работы осевого многоступенчатого компрессора
Заключение по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
Обозначения параметров
А Пропускная способность
Скорость звука, м/с Ь Хорда профиля, м
с Абсолютная скорость, м/с
Толщина профиля, м Теплоемкость, Дж/(кг-К)

удельный расход топлива,
час ■ кН
0 Диаметр (внутренний), м
Диаметр (наружный), м г Угол атаки, град.
п Частота вращения, об/мин
Р Давление воздуха, Па
1 Шаг решетки, м
и Окружная скорость, м/с
и> Относительная скорость, м/с
И Расход воздуха, кг/с
Расход топлива, кг/с Т Температура воздуха, К
Н Высота полета
Теплоперепад, Дж/кг Энтальпия
а Угол потока в абсолютном направлении, град.
I Полярный момент инерции, кг-м
Ни Низшая теплотворная способность топлива, Дж/кг

коэффициента расхода, чем при уменьшении сопротивления сети за компрессором
Гистерезис в формировании, трансформации типа вращающегося срыва и варьировании числа срывных зон обусловлен аэродинамическим гистерезисом отрывного течения в рабочем колесе компрессора, а также с тем, что при трансформации структуры отрывного течения при увеличении сопротивления сети за компрессором поток более равномерен, чем при ликвидации срыва при уменьшении сопротивления сети за компрессором: при уменьшении
сопротивлении сети скорость среды в срывных зонах ниже среднерасходной скорости потока, как следствие углы атаки потока в срывных зонах при увеличении расхода имеют большую величину, чем при уменьшении расхода воздуха, как результат процесс вывода компрессора из срывной зоны затягивается [40].
Аэродинамическим гистерезисом отрывного течения в межлопаточном канале компрессора может быть объяснен неоднократно наблюдавшийся гистерезис границы устойчивой работы на характеристиках ступеней осевого компрессора во вращающемся срыве [56-58].
Наиболее явно гистерезис срывного обтекания проявляется в области образования - ликвидации срывной области по всей лопатке, когда происходит резкая перестройка течения и разрыв характеристики компрессора.
1.4 Аналитический обзор исследований аэродинамического гистерезиса при срывном обтекании аэродинамических профилей
В настоящее время проявляется значительный интерес к разработке и исследованию характеристик аэродинамических профилей, работающих при низких числах Рейнольдса. Аэродинамика малых скоростей полета играет важную роль при создании новых изделий гражданского и военного назначения, проектировании воздушных винтов, планёров, ветряных турбин, а также для лопаточных машин газотурбинных двигателей при пониженных числах