Интеллектуальная система управления ТВВД с оптимизацией удельного расхода топлива

• Автор: Бадамшин, Булат Ильдарович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 163 с. : ил.

Содержание

Принятые обозначения и сокращения

Введение.

Глава 1 Анализ проблем разработки САУ ТВВД оптимальной но удельному расходу топлива.

1.1 Турбовинтовентиляторный двигатель как объект управления.

1.1.1 Принцип работы, управляемые и управляющие параметры двигателя

1.1.2 Математическое описание ТВВД

1.2. Методы управления ТВВД.

1.3 Методы оптимизации

1.4 Обучающиеся системы.

1.5 Методы синтеза САУ

1.6 Методы решения задачи оптимизации удельного расхода топлива ТВВД
1.7 Постановка задачи оптимизации удельного расхода топлива ТВВД и задач исследования
1.7.1 Анализ структуры САУ ТВВД.
1.7.2 Подход к решению задачи оптимизации.
1.7.3 Постановка задачи.
Глава 2 Метод оптимизации удельного расхода топлива ТВВД
2.1 Алгоритм задачи оптимизации.
2.1.1 Разработка общей структуры алгоритма задачи оптимизации.
2.1.2 Оценка влияния характеристик объекта управления на параметры оптимизации.
2.2 Разработка метода оптимизации расхода топлива на базе генетического алгоритма.
2.2.1 Определение целевой функции.
2.2.2 Разработка алгоритма на базе метода генетических алгоритмов.
2.2.3 Разработка алгоритма настройки математической модели ТВВД.
2.3 Разработка метода оптимизации расхода топлива на базе нейронной сети
2.3.1 Цели и задачи разрабатываемой системы на базе нейронной сети
2.3.2 Выбор структуры разрабатываемой нейронной сети.
2.3.3 Обучение нейронной сети
2.4 Разработка алгоритма взаимодействия подсистемы оптимизации в составе
САУ ТВВД.
Глава 3 Моделирование работы алгоритма оптимизации удельного расхода топлива ТВВД.
3.1 Область применения метода оптимизации
3.2 Термодинамическая модель ТВВД
3.2.1 Расчет термодинамической модели ТВВД.
3.2.2 Расчет коэффициентов влияния углов установки НА КНД и КВД на основные параметры двигателя.
3.3 Реализация имитационной модели САУ ТВВД
3.4 Исследование результатов работы имитационной модели САУ ТВВД
3. Оценка качества разработанной САУ.
3.4.2 Исследование влияния управляющих параметров на расход топлива и тягу ТВВД.
3.5 Исследование работы алгоритмов оптимизации совместно с имитационной моделью САУ ТВВД
3.5.1 Исследование работы генетического алгоритма.
3.5.2 Формирование нейронной сети для подсистемы оптимизации
3.5.3 Исследование работы НС
3.6 Граничные значения управляющих параметров.
Глава 4 Численный эксперимент оптимизации расхода топлива.
4.1 Особенности программной реализации имитационной модели
4.2 Исходные данные для эксперимента
,4.2.1 Характеристики компрессоров низкого и высокого давления ТВВД
4.2.2 Результаты термодинамического расчета ТВВД
4.3 Экспериментальные зависимости удельного расхода топлива от частот вращения винтов, углов установки направляющих аппаратов.
4.3.1 Экспериментальные зависимости, полученные при изменении частот
вращения винтов ВВ.
4.3.2 Экспериментальные зависимости, полученные при изменении углов установки НА КНД и КВД.
4.4 Анализ полученных результатов
4.5 Особенности программной реализации подсистемы оптимизации в составе
ЭСУ ТВВД.
Основные выводы и результаты работы
Список использованных источников


Схемы турбовинтовых двигателей ТВД показаны на рис. ТВД, б одновальный ТВД с дифференциальным редуктором и соосными винтами, в двухвальный ТВД, Р редуктор ИКМ измеритель крутящего момента. Рисунок 1. Принцип работы двигателей виден из схем на рис. ТВД, а б двухвальный ТВД. Рисунок 1. Часть общей энергии срабатывается на турбине и идет на привод винта и компрессора, а часть энергии срабатывается в реактивном сопле. По своему рабочему процессу турбовинтовой двигатель принципиально ничем не отличается от турбореактивного ТРД, однако по эксплуатационным свойствам у этих двигателей имеется некоторое различие, заключающееся в несколько большей экономичности ТВД по сравнению с экономичностью обычного ТРД на малых скоростях полета. Если сравнивать ТВД с турбовентиляторным двигателем, то различие практически отсутствует. Основными регулируемыми параметрами ТВД являются тяга винта Лв, мощность двигателя Лс винтовая или эквивалентная, температура газов Гг перед или за турбиной и частота вращения вала винта пв турбины лт, а управляющими факторами расход топлива Ст и угол установки лопастей воздушного винта о. ТВД характеризуется развиваемой им эквивалентной мощностью Лгс, в которую входят мощность, снимаемая с винта, и мощность, получаемая в результате истечения газов из реактивного сопла. Влияние внешних условий на эксплуатационные свойства двигателя нагляднее всего представляется его скоростными и высотными характеристиками. Скоростные характеристики представляют собой зависимость эффективной мощности, реактивной тяги и удельного эффективного расхода топлива от скорости полета при И и п . Для примера на рис. Яд, и Суд от скорости полета V. Рисунок 1. Увеличение значения при увеличении скорости полета объясняется увеличением расхода воздуха через двигатель. Уменьшение удельного расхода топлива при увеличении скорости полета объясняется увеличением и увеличением коэффициента избытка воздуха. Высотные характеристики представляют собой зависимость эффективной мощности, реактивной тяги и удельного эффективного расхода топлива от высоты полета при V и п . Эксплуатационные свойства ТВД по режимам работы определяются его характеристикой по числу оборотов дроссельной характеристикой. Дроссельные характеристики представляют собой зависимость эффективной мощности, реактивной тяги и удельного эффективного расхода топлива от числа оборотов при V , Н и при постоянном угле установки лопастей винта или же дается сетка характеристик при нескольких значениях угла установки лопастей винта. Для примера на рис. Из рассмотренного выше следует, что с изменением условий полета и режима работы двигателя эксплуатационные свойства его существенно изменяются, причем характер этого изменения подчиняется сложным законам, часто действующим в противоположные стороны. Практически же отыскание характеристик, определяющих эксплуатационные свойства двигателя, достигается проведением многочисленных расчетов. Изменение эксплуатационных свойств двигателя приводит к изменению его свойств как объекта регулирования, что должно учитываться при разработке соответствующей системы автоматического управления двигателем. Выбор закона управления двигателем на крейсерских режимах подчиняется, как и в случае ТРД, требованию получения минимального расхода топлива. Как было показано, на удельный расход топлива влияют главным образом температура газа перед турбиной и степень повышения давления в компрессоре, поэтому область возможных крейсерских режимов должна быть ограничена законами Ту и п 7Г степень повышения давления. Рисунок 1Л . Сказанное выше об эксплуатационных свойствах одновального ТВД в основном относится и к двухвальному турбовинтовому двигателю. Однако свойства двухвального ТВД как объекта регулирования существенно отличаются от свойств одновального ТВД. В зависимости от того, применяют ли один воздушный винт или два винта, вращающиеся в разные стороны, свойства двигателя как объекта регулирования, как для одновального, так и для двухвального ТВД, также резко изменяются 5, 7.