Управление выводом эжекторной аэродинамической трубы кратковременного действия на установившиеся сверхзвуковые режимы с минимальными волновыми потерями

• Автор: Морозова, Елена Владимировна
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 150 с. : ил

1. Анализ течений по газодинамическому тракту аэродинамической трубы с нерегулируемым основным соплом при запуске ее на заданные установившиеся сверхзвуковые режимы

1.1. Постановка задачи.

1.2. Обоснование типов течений и возможности стабилизации заключительного скачка уплотнения по длине расширяющейся части сверхзвукового диффузора
1.3. Математические модели течений по газодинамическому тракту АТ с нерегулируемым основным соплом и с постоянным горлом сверхзвукового диффузора, равным горлу запуска

1.3.1. Дозвуковой режим течения по газодинамическому тракту АТ

1.3.2. Смешанные режимы течения со скачком запуска в расширяющейся части нерегулируемого основного сопла
1.3.3. Расчетные режимы течения на выходе нерегулируемого основного сопла со скачком запуска на входе сверхзвукового диффузора.
1.4. Математические модели течений по газодинамическому тракту АТ с нерегулируемым основным соплом и регулируемым сверхзвуковым диффузором

1.5. Математическая модель одноступенчатой эжектирующей системы

1.5.1. Основные допущения.

1.5.2. Математическая модель функционирования эжектора при дозвуковых скоростях эжектирующего и эжектируемого потоков
на его входе
1.5.3. Математическая модель функционирования эжектора в докритическом и критическом режимах
1.5.4. Замечания к построению математической модели эжектирующей системы
Выводы по разделу.
2. Синтез квазиоптимального по быстродействию управления давлением торможения газа в основной форкамерс сверхзвуковой АТ
с нерегулируемым основным соплом
2.1. Постановка задачи синтеза оптимальных программ.
2.2. Математическая модель процессов в контуре управления давлением торможения газа в основной форкамере АТ с нерегулируемым основным соплом.
2.3. Синтез оптимального управления давлением торможения газа
в основной форкамерс
2.4. Алгоритм расчета моментов переключения квазиоптимального управления.
2.5. Автоматизированная программа анализа течений по газодинамическому тракту и синтеза управлений элементами сверхзвуковой АТ.
2.6. Пример расчета.
Выводы по разделу.
3. Вывод АТ на заданные установившиеся сверхзвуковые режимы при квазиоптимальном но быстродействию управлении давлением торможения газа в основной форкамере и одновременно комбинированном управлении площадью горла основного сопла
3.1. Постановка задачи
3.2. Математическая модель плоского управляемого геометрического сопла с комбинированным управлением
3.2.1. Общие замечания.
3.2.2.Связь между углом поворота боковых стенок и площадью горла основного сопла.
3.2.3. Математическая модель кинематики основного сопла
3.3. Алгоритм комбинированного управления электроприводом основного сопла
3.3.1. Алгоритм управления электроприводом основного сопла
на дозвуковых режимах функционирования АТ.
3.3.2. Алгоритм управления электроприводом основного сопла
на сверхзвуковых режимах функционирования АТ
3.4. Алгоритм управления давлением торможения газа в форкамере эжектирующей системы.
3.5. Пример расчета
Выводы по разделу.
4. Вывод АТ на заданные установившиеся сверхзвуковые режимы при оптимальном по быстродействию управлении электроприводом основного сопла и одновременно программном управлении давлением торможения газа в основной форкамере
4.1. Постановка задачи
4.2. Синтез оптимального по быстродействию управления электроприводом основного сопла при выводе АТ на заданные установившиеся сверхзвуковые режимы течения.
4.2.1. Общие замечания.
4.2.2. Алгоритм расчета моментов переключения оптимального управления.
4.3. Формирование программ изменения числа Маха на выходном
срезе основного сопла.
4.3.1. Алгоритм изменения числа Маха на выходном срезе основного сопла на дозвуковых режимах работы АТ
4.3.2. Алгоритм программного изменения числа Маха на выходном
срезе основного сопла на сверхзвуковых режимах работы АТ.
4.4. Алгоритм программного управления давлением торможения газа
в основной форкамере АТ.
4.5. Пример расчета
Выводы по разделу
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.
ПРИЛОЖЕНИЕ.
ВВЕДЕНИЕ


В результате создаются возможности ускорения времени проталкивания скачка запуска из РЧ за второе горло, стабилизации за ним фронта заключительного прямого скачка уплотнения, волновые потери на котором существенно ниже, чем на скачке с расчетным сверхзвуковым числом Маха, и поддержания потребной степени эжекции по ходу всей продувки. Очевидно, что при современном уровне вычислительной техники решение последней задачи становится вполне реальным см. Однако предлагаемый подход, вопервых, не исчерпывает других возможностей повышения эффективности процесса запуска АТ по традиционной схеме с нерегулируемым основным соплом. А вовторых, изза использования попрежнему нерегулируемого основного сопла этот путь НС предусматривает принципиального решения рассматриваемой задачи уменьшения волновых потерь, т. Поэтому в данной диссертации предлагаются новый способ моделирования и соответствующие ему варианты управлений третий и четвертый разделы, обеспечивающих вывод трубы рассматриваемого класса на рабочие режимы в рамках изоэнтропического течения или хотя бы близкого к нему на участке между горлом основного регулируемого сопла и фронтом заключительного скачка уплотнения за вторым горлом АТ, т. АТ. Следует отметить, что здесь и в дальнейшем не учитываются потери полного давления, например, за счет вязкого трения и т. АТ определяются экспериментально. Поэтому под изоэнтропическим в данной работе понимается течение без скачков уплотнения. Таким образом, задачу вывода АТ на рабочие режимы без скачков запуска следует рассматривать как новую задачу управления выводом АТ рассматриваемого класса, требующую выбора и разработки эффективных методов для ее решения. ЛТ на заданные установившиеся сверхзвуковые режимы по числу Маха без скачков запуска. В соответствии с темой диссертации конкретизируем постановку решаемых в ней вопросов. Во всех случаях предполагается, что ввод испытуемой модели летательного аппарата ЛА осуществляется только после стабилизации заданного установившегося режима. Предмет исследования управление выводом АТ рассматриваемого класса на рабочие режимы с нерегулируемым и регулируемым основным соплом и в том и в другом случаях регулируемыми сверхзвуковыми диффузором и эжекторной системой суммарные волновые потери и массовый расход газа при обработке заданных установившихся режимов по указанным выше схемам управления. АТ рассматриваемого класса на рабочие режимы с минимальными волновыми потерями. Методы исследования. В основу проведения теоретических исследований и разработки программного обеспечения решаемых задач положен комплексный подход, включающий использование элементов теории механики сплошной среды, прикладной газовой динамики, тепломеханических систем теории автоматического управления, в частности, аналитического аппарата теории оптимальных систем и метода обратных задач динамики численные методы решения систем нелинейных дифференциальных и алгебраических уравнений, а также методы цифрового моделирования управляемых процессов. РЗ на входах форкамер и электромеханическую исполнительные приводы основного сопла, сверхзвукового диффузора и РЗ подсистемы, основано на динамической концепции функционирования рассматриваемой системы в целом. Методам математического описания квазистационарных одномерных газодинамических до и сверхзвуковых течений, процессов в открытых термодинамических системах, к которым относятся элементы и объекты управления АТ, посвящены работы, например, Абрамовича Г. Н. 2, Вулиса Л. А. , Гинзбурга И. П. , , Краснова Н. Ф. 7, , , Лойцянского Л. А. , Паничкина И. А. и Ляхова А. Б. , Полежаева Ю. В. , Поуп А. Гойн К. Ферри А. Шишкова и др. ЦАГИ им. Н.Е. Жуковского Бахтиарова М. М., Джикидзе Ф. В., Тепляшина В. А. 4, 8, 9, , и др. САУ ТулГУ под научным руководством Черновой М. Б. 5, 6, , , . Однако применительно к исследуемой задаче вывода АТ рассматриваемого класса на рабочие режимы и их дальнейшей стабилизации необходимо единое замкнутое математическое описание, отражающее физически взаимосвязанные во времени и по длине газодинамического тракта АТ управляемые процессы. Такое описание, вопервых, отсутствует в известных автору источниках и, вовторых, существенно отличается в случаях использования нерегулируемого и регулируемого основного сопла.