Волков Дмитро Іванович. Визначення потужності турбовальних двигунів за вимірюваними термогазодинамічними параметрами : Дис... канд. наук: 05.07.05 - 2006.
Анотація до роботи:
Волков Д.І. Визначення потужності турбовальних двигунів за вимірюваними термогазодинамічними параметрами. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.07.05 – двигуни та енергоустановки літальних апаратів. – Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційній інститут”, Харків, 2006.
Дисертація присвячена розробці й дослідженню методів визначення потужності турбовальних двигунів за вимірюваними параметрами із використанням спостерігачів на основі математичної моделі двигунів. Показано, що ефективним шляхом підвищення якості керування турбовальним двигуном і, відповідно, його ресурсу є застосування в контурі керування спостерігача крутного моменту (потужності) на валу вільної турбіни двигуна. Запропоновано комплексний розв’язок проблеми оцінювання (спостереження) крутного моменту за вимірюваними газодинамічними параметрами на усталених і перехідних режимах на основі спостерігача з використанням квазілінійної динамічної багаторежимної моделі дводвигунової вертолітної силової установки. Запропоновано і досліджено методику формування вимог до вихідних даних при синтезі спостерігача крутного моменту на підставі структурного аналізу похибки спостерігача з урахуванням впливу відмінності двигуна і його вузлів від типового зразка.
Однією з основних проблем створення систем автоматичного керування і моніторингу стану турбовальних двигунів є забезпечення точності визначення крутного моменту (потужності). Внаслідок відсутності можливості суттєвого удосконалення штатних бортових засобів прямого вимірювання цього параметра необхідно забезпечити його визначення за вимірюваними термогазодинамічними параметрами з використанням методів спостереження, які належать до інформаційних технологій непрямих вимірювань. В умовах, коли ряд суттєвих задач формування спостерігачів параметрів робочого процесу ГТД не вирішено, визначення потужності турбовальних двигунів за вимірюваними термогазодинамічними параметрами є актуальним науковим завданням, яке відповідає потребам авіаційного двигунобудування.
В дисертації запропоновано вирішення задачі спостереження (визначення методами інформаційних технологій непрямого вимірювання) крутного моменту (потужності) на валу вільної турбіни (ВТ) турбовального газотурбінного двигуна (ТВаД) за вимірюваними газодинамічними параметрами на усталених і перехідних режимах, яке містить ряд нових положень, зокрема:
Розроблену комплексну методику синтезу спостерігачів параметрів ГТД, яка може бути застосована на всіх стадіях проектування й експлуатації ГТД. В основу цієї методики покладено:
Динамічну модель, що описує спільну роботу дводвигунової силової установки вертольота, редуктора і дворядного співвісного гвинта з урахуванням крутильної піддатливості валів і редуктора, а також виконано аналіз її частотних властивостей.
Установлений факт про те , що зазвичай пропоновані процедури ідентифікації математичних моделей ГТД не забезпечують узгодження параметрів моделі на межах ділянок її завдання.
Процедуру ідентифікації квазілінійних динамічних моделей ГТД із забезпеченням сполучення коефіцієнтів моделі на межах ділянок її завдання, що забезпечує більш якісне моделювання перехідних режимів роботи ГТД.
Структурний аналіз джерел похибки спостерігача і запропоновано комплексну методику оцінки даної похибки аналітично і з використанням імітаційного моделювання, а також формування вимог до апріорної інформації для забезпечення заданої точності спостерігача.
Запропоновано оригінальну структуру САК ТВаД, в якій одночасно застосовані спостерігачі вхідних діянь (витрати палива) і керованих змінних (крутного моменту).
Розроблено і досліджено контур керування потужністю ТВаД у складі дводвигунової силової установки вертольота, зокрема досліджено обмеження крутного моменту на валу вільної турбіни і синхронізація потужностей. Проведено порівняльний аналіз роботи контуру керування потужністю із застосуванням спостерігача крутного моменту і без нього, результати якого свідчать про високу ефективність використання спостерігача в системах автоматичного керування та моніторингу стану ТВаД.
Запропоновані методи та моделі були використані при проектуванні та доведенні системи автоматичного керування турбовального двигуна АІ-450 та при обробці результатів стендових випробувань авіаційних двигунів.
Публікації автора:
Волков Д.И., Нерубасский В.В., Ранченко Г.С. Применение имитационного моделирования при разработке систем управления авиационными двигателями // Авиационно-космическая техника и технология: Сб. науч. тр. – Харьков: Гос. аэрокосм. ун-т «ХАИ», 2000. – Вып.19. Тепловые двигатели и энергоустановки. – С. 318-322.
Цифровое регулирование расхода топлива в системе с существенной нелинейностью типа «сухое трение» / В.И. Колесников, В.А. Седристый, Г.С. Ранченко, Н.Л. Голубев, Д.И. Волков, Е.В. Павлюк // Авіаційно-космічна техніка і технологія: Зб. наук. праць. – Харків: Нац. аерокосм. ун-т “ХАІ”, 2002 – Вип. 30. Двигуни та енергоустановки. – С. 191-194.
Параметрическая и структурная идентификация объекта в контуре управления расходом топлива методами активного и пассивного эксперимента / В.И. Колесников, В.А. Седристый, Г.С. Ранченко, Н.Л. Голубев, Д.И. Волков // Авіаційно-космічна техніка і технологія: Зб. наук. праць. – Харків: Нац. аерокосм. ун-т «ХАІ», 2002. – Вип. 31. Двигуни та енергоустановки. – С. 228-231.
Волков Д.И., Голубев Н.Л., Ранченко Г.С. Электронный регулятор авиационной двигательной установки //Авиационно-космическая техника и технология: Сб. науч. тр. – Харьков: Гос. аэрокосм. ун-т «ХАИ», 2000. – Вып.19. Тепловые двигатели и энергоустановки – С. 314-317.
Ранченко Г.С., Буряченко А.Г., Волков Д.И. Оценка погрешностей косвенных измерений при испытаниях газотурбинных двигателей // Авіаційно-космічна техніка і технологія: Наук.-техн. журн. – 2003. – Вип. 41/6. – С. 160-163.
Волков Д.И., Епифанов С.В. Сопряжение диапазонов задания параметров квазилинейной динамической модели ГТД при её кусочно-линейном представлении // Вестник двигателестроения: Науч.-техн. журн. – 2005. – № 2. – С. 67-71.
Волков Д.И., Миргород В.Ф. Формирование математической модели совместной работы двух ТВАД с редуктором и двухрядным винтом в составе двухдвигательной установки вертолёта //Авиационно-космическая техника и технология: Науч.-техн. журн. – 2005. – № 10/26. – С. 154-157.
Волков Д.И. Исследование погрешностей определения параметров ГТД с помощью оптимального наблюдателя // Вестник двигателестроения: Науч.-техн. журн. – 2004. – С. 202-205.
Волков Д.И. Оптимальный наблюдатель крутящего момента вертолётного ТВАД // Авиационно-космическая техника и технология: Науч. техн. журн. - 2004. – № 8/16. – С. 131-135.
Электронная система управления и контроля параметров вертолётной двухдвигательной силовой установки на базе ГТД АИ-450 / Д.И. Волков, В.М Грудинкин, А.А. Разладский, В.А. Седристый // Авиадвигатели XXI века: Материалы II Междунар. науч.-техн. конф. (6–9 декабря 2005 г.): Сб. тез. – М.: ЦИАМ, 2005. – Т. 3. – С. 47-48.
Программно-технические комплексы для испытания ГТД: математическое, метрологическое и алгоритмическое обеспечение / А.Г. Буряченко, Д.И. Волков, С.Н. Долгий, В.В. Сироткин // Авиадвигатели XXI века: Материалы II Междунар. науч.-техн. конф. (6–9 декабря 2005 г.): Сб. тез. – М.: ЦИАМ, 2005. – Т. 3. – С. 235-237.
Волков Д.И. Практическая реализация оценки крутящего момента на валу ТВаД // Інтегровані комп’ютерні технології в машинобудуванні: Тези доповідей. – Харків: Нац. аерокосм. ун-т «ХАІ», 2004. – С. 70.
Бевзюк А.А., Волков Д.И. Математическое моделирование и разработка систем управления авиационными ГТД малой размерности // Радиоэлектроника и молодёжь в XXI веке: Материалы 8-го Междунар. молодёжного форума (13–15 апреля 2004 г.). Ч. 2. – Харьков: Харьк. нац. ун-т радиоэлектроники, 2004. – С. 149.
Волков Д.И., Ранченко Г.С. Разработка программно-технического комплекса испытаний авиационных двигателей // Людина і космос: Матеріали VII Міжнар. молодіжної наук.-практ. конф. (13-15 квітня 2005 р.). – Дніпропетровськ: НЦАОМУ, 2005. – С. 186.
Компьютерное моделирование цифровой системы управления расходом топлива АСУ ТП испытаний авиационных двигателей / Г.С. Ранченко, В.Ф. Миргород, Д.И. Волков, А.А. Бевзюк // Современные информационные и электронные технологии: Материалы IV Междунар. науч.-практ. конф. (19–23 мая 2003 г.). – Одесса: Одес. нац. політех. ун-т, 2003. – C. 146.
Бевзюк А.А., Волков Д.И., Ранченко Г.С. Управление положением дозирующего элемента подачи топлива с широтно-импульсной модуляцией управляющего тока // Радиоэлектроника и молодёжь в XXI веке: Материалы VII Междунар. молодёжного форума (22–24 апреля 2003 г.) – Харьков: Харьк. нац. ун-т радиоэлектроники, 2003. – С. 213.
Бевзюк А.А., Волков Д.И., Ранченко Г.С. Разработка электронного цифрового регулятора и исследование системы управления расходом топлива // Радиоэлектроника и молодёжь в XXI веке: Материалы VII Междунар. молодёжного форума (22–24 апреля 2003 г.) – Харьков: Харьк. нац. ун-т радиоэлектроники, 2003. – С. 214.
