Входные данные управления двигателем

Программный комплекс ГРАД позволяет выполнять расчеты характеристик двигателя с использованием произвольной программы управления. Реализация такой возможности достигается введением, так называемых, «законов невязок».

Под «законом невязок» понимается совокупность условий, обеспечивающих совместную работу всех узлов двигателя и условий, налагаемых системой управления двигателем.

Условия совместной работы узлов двигателя включают балансы расходов между соответствующими сечениями проточной части ГТД, условие равенства статических давлений в сечениях на входе в камеру смешения, условие соблюдения теплового баланса в теплообменных устройствах и т.д.

Система управления двигателем обеспечивает постоянство или изменение по определенному закону одного или нескольких параметров двигателя в зависимости от внешних (условия на входе в двигатель) и внутренних (дросселирование) условий, например:

n = const - постоянство физической частоты вращения ротора;

n₀ = const - постоянство приведенной частоты вращения ротора;

T*_кс = const - постоянство температуры газа по заторможенным параметрам перед турбиной;

n = f(T_н) - зависимость частоты вращения от температуры воздуха на входе в двигатель; и т.д.

Реализация заданного закона невязок достигается путем решения системы нелинейных трансцендентных уравнений вида:

f₁(х₁,х₂,х₃,...,х_n) = y₁

f₂(х₁,х₂,х₃,..., х_n) = y₂

f₃(х₁,х₂,х₃,..., х_n) = y₃ (3.1.1)

............

f_n (х₁,х₂,х₃,..., х_n) = y_n

формируемой автоматически, используя заданный вектор варьируемых параметров X и вычисляемый вектор невязок Y.

Под невязкой, в общем случае, понимается значение параметра, вычисляемое по формуле:

Y = (р₁ - р₂) / р₂, (3.1.2)

где

р₁ - значение параметра, рассчитанное по математической

модели;

р₂ - заданное значение параметра.

Параметры, настраивающие закон невязок на решение той или иной системы уравнений вида (1.1), называются параметрами, задающими режим (ПЗР).

В качестве ПЗР могут выступать любые параметры из основного информационного массива, т.е. любые параметры математической модели ГТД.

Все параметры математической модели можно разделить на две части:

ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ПАРАМЕТРЫ. К ним относятся параметры, используемые при выполнении "сквозного" расчета модулей узлов и входящие в состав подгрупп входных данных. Кроме того, сюда относятся такие параметры, как

G_ВS - расход воздуха на входе в двигатель;

n - физические частоты вращения роторов;

m₂ - степень двухконтурности.

ОПРЕДЕЛЯЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ. К ним относятся параметры, рассчитанные в результате "сквозного" расчета модулей узлов и основные параметры двигателя. Например:

G_т - расход топлива;

a_кс - коэффициент избытка воздуха в камере сгорания;

K_у - коэффициент устойчивости компрессора;

n₀ - приведенная частота вращения ротора;

p_T - степень понижения давления в турбине (по статическим параметрам);

P_ДВ - тяга двигателя;

C_УД - удельный расход топлива, и т.д.

Эти параметры заполняют подгруппы результатов расчета модулей узлов (ABC200) и ряд служебных групп (2000, 4000,...).

Если в качестве ПЗР используются параметры из первой части, то эти значения задаются непосредственно во входных данных.

При использовании в качестве ПЗР параметров из второй части, эти значения достигаются путем включения в закон невязок связки между расчетным и заданным значением.

Для хранения заданных значений ПЗР, как правило, используется служебная группа 3000, в которой для этой цели отведено 19 элементов. Для хранения ПЗР могут быть также использованы любые свободные адреса массива A (например, в группах и подгруппах, включающих резервные элементы).

Расчетные алгоритмы ряда модулей узлов имеют особенности, которые оказывают влияние на формирование системы уравнений вида (1.1). Ниже приведен перечень модулей узлов, использование которых в расчетной схеме двигателя требует включения в закон невязок соответствующих невязок и варьируемых параметров.

Компрессор (2BCD).

Характеристики компрессора представляются в математической модели в виде:

p_к = f (K_pк, n₀)

h_к = f (K_pк, n₀) (3.1.3)

G₀ = f (K_pк, n₀)

где

p_к - относительное значение степени повышения давления,

h_к - относительное значение к.п.д.,

G₀ - относительное значение приведенного расхода воздуха,

n₀ - относительная приведенная частота вращения K_pк - параметр,

определяющий положение точки на напорной ветке характеристики.

При расчете с использованием характеристики вида (1.3) параметр K_pк, как правило, неизвестен. В этом случае он задается в нулевом приближении. В результате получается рассогласование между величиной расхода, подошедшего к входному сечению компрессора G₁ и рассчитанного по характеристике (1.3) - G_1х.

Достижение баланса этих расходов осуществляется путем включения в закон невязок невязки (2BC220 - 2BC221) и варьируемого параметра KPI (2BC108).

В скобках указаны программные адреса соответствующих параметров.

Турбина (5BCD).

Расчет турбины может выполняться в двух вариантах: по потребной мощности (для привода компрессора, винта и проч.) и по заданному значению степени понижения давления (признак того или иного варианта задается во входных данных - 5BC110).

Если пропускная способность турбины G₀ является величиной заданной (постоянной или определяемой по характеристике), то возникает невязка между подошедшим расходом газа и определенным по пропускной способности (5BC209-5BC210).

При расчете турбины по потребной мощности, величина степени понижения давления p_т (5BC207) является определяемой и зависит от значения к.п.д. турбины h_т. При использовании характеристики турбины вида

G₀ = f (p_т, n₀) (3.1.4)

h_т = f (p_т, n₀)

значение h_т. определяется в зависимости от p_т.

В этом случае величина p_т, задаваемая во входных данных (5BC106) включается в закон невязок в качестве варьируемого параметра, а получаемое при этом рассогласование между 5BC207 - 5BC106 - в качестве невязки.

При расчете турбины на заданное значение p_т мощность турбины является величиной определяемой и должна быть согласована с ее потребителем (например, с воздушным винтом, генератором и т.п.).

Камера смешения (6BCD).

Алгоритм расчета модуля узла предполагает выполнение условия равенства статических давлений в сечениях на входе в смеситель, которое обеспечивается введением невязки (6BC216-6BC217).

Теплообменник (9BCD).

При расчете двигателей, содержащих теплообменник, возможно возникновение ситуации, когда для определения подогрева воздуха его «холодной части» (ХЧ) необходимо задаться значением температуры потока на входе в горячую часть (ГЧ) - T_1Г,

которая еще не определена. В этом случае ее «нулевое» приближении задается с входными данными (9BC112) и включается в число варьируемых параметров, а в число невязок добавляется невязка между T_1Г и ее расчетным значением из подгруппы результатов расчета (9BC214).

При расчете с использованием характеристики вида

m = f (G_1х, DG) (3.1.5)

где

m - степень регенерации;

G_1х - расход на входе в «холодную часть»;

DG - разность расходов между «горячей» и «холодной», частями теплообменника,

число варьируемых параметров включается значение DG из состава входных данных (9BC117), задаваемое DG и ее расчетным значением из подгруппы результатов расчета (9BC213). При этом тепловой баланс между «холодной» и «горячей» частями теплообменника обеспечивается автоматически.

Выходное устройство (7BCD и 8BCD).

При расчете выходного устройства с нерегулируемой площадью критического сечения возникает невязка между величиной подошедшего расхода газа и пропускаемого через сечение при данном перепаде давлений - (7BC208-7BC209) или (8BC215-8BC216), 8BC235-8BC236), (8BC255-8BC256). Если в качестве выходного устройства используется "переходный канал", то вводится невязка по давлению на выходе (1BC209-1BC210).

Воздушный винт (10BCD).

Согласование мощности потребляемой воздушным винтом (адрес 10BC210) и подводимой выходным валом (10BC209) осуществляется за счет подбора угла установки лопастей винта (10BC106).

При расчете двигателей непрямой реакции должно обеспечиваться равенство статических давлений на выходе из двигателя (в переходном канале-1BC209) и атмосферного давления (5004), что приводит к появлению в системе уравнений соответствующей невязки (1BC209 – 5004).

Расчет переходных процессов двигателя включает расчет приемистости и сброса оборотов, встречного сброса и встречной приемистости, запуска, а также переходные процессы, связанные с изменением внешних условий по времени.

Переходный процесс в двигателе характеризуется отсутствием баланса мощностей на валах двигателя. Вследствие чего роторы двигателя движутся с ускорением (избыток мощности) или замедлением (недостаток мощности), а также наличием тепловой нестационарности и инерции газовых масс. Используя принцип квазистационарности, разность мощностей и производные давления и температуры по времени считаются постоянными в течение каждого временного промежутка, на которые разбивается весь период переходного процесса. Таким образом, система уравнений автоматически дополняется уравнениями движения роторов и динамическими добавками по давлению и температуре. Из числа невязок исключаются невязки по мощностям на валах, а из числа варьируемых параметров - частоты ращения роторов. При наличии в схеме двигателя теплообменника, система уравнений дополняется варьируемым параметром постоянной времени (9BC112) и невязкой (9BC221-9BC112) между расчетной и заданной, в первом приближении, постоянной времени.

Date: 2015-05-04; view: 690; Нарушение авторских прав