автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Методика представления и использования характеристик соосного винтовентилятора при полунатурном моделировании ТВВД

На правах рукописи ГОДОВАНЮК Алексей Геннадьевич

МЕТОДИКА ПРЕДСТАВЛЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК СООСНОГО ВИНТОВЕНТИЛЯТОРА ПРИ ПОЛУНАТУРНОМ МОДЕЛИРОВАНИИ ТВВД

Специальность 05.07.05 -Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

1 О НОЯ 2011

АВТОРЕФЕРАТ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа-2011

005001314

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет» на кафедре авиационных двигателей.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Кривошеев Игорь Александрович, кафедра авиационных двигателей Уфимского государственного авиационного технического университета

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Куликов Геннадий Григорьевич кафедра автоматизированных систем управления Уфимского государственного авиационного технического университета

кандидат технических наук, Чечулин Анатолий Юрьевич, ОАО «УАП «Гидравлика»

Ведущее предприятие: ОАО «НЛП «Аэросила», г. Ступино

Защита состоится « / » декабря 2011 г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д-212.288.05 при Уфимском государственном авиационном техническом университете по адресу: 450000, г. Уфа, К. Маркса 12, УГАТУ, актовый зал 1-го корпуса.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного авиационного технического университета.

Автореферат разослал « 2¥ » ОКГЛ^Л-Я 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совет доктор техн. наук, профессор Ф. Г. Бакиров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. При разработке двигателей и их систем автоматического управления многие предприятия авиационной и космической отраслей все больше используют стенды полунатурного моделирования (СПМ), позволяющие проводить полную проверку всех функциональных характеристик разрабатываемых систем управления авиационных двигателей. Это связано с тем, что в двигателестроении разработка и производство агрегатов САУ ГТД невозможны без проверки совместного функционирования аппаратной и программной частей на СПМ или на натурных стендах, когда выявляются дефекты, допущенные в производстве (аппаратной или программной части). Полунатурные исследования при высокой информативности намного экономичнее, чем испытания системы управления на двигателе, поэтому они составляют основную часть отработки как двигателя, так и его САУ и других его систем посредством имитации их поведения во всех возможных режимах эксплуатации. При этом объект управления (двигатель и его системы) представляются в виде математической модели.

С усложнением авиационных двигателей увеличиваются сложность математических моделей (ММ) их систем управления и узлов и требования к возможностям используемого программного обеспечения (ПО). Одной из сложнейших современных схем ГТД является турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД), используемый на самолетах транспортной авиации как наиболее экономичный. Объектом исследования в данной работе является ММ наиболее сложного и в то же время наиболее эффективного соосного винтовентилятора (ВВ) с винтами изменяемого шага (ВИИГ) противоположного вращения в составе ММ ТВВД, реализуемая с помощью среды графического программирования, позволяющей в режиме реального времени реализовать ММ ГТД применительно к стенду полунатурного моделирования. При реализации ММ ВВ имеется существенная проблема, заключающаяся в способе представления и обработки его экспериментальных аэродинамических характеристик (АДХ). Предлагаемая в работе методика представления и использования многомерных АДХ соосного ВВ изменяемого шага позволяет минимизировать погрешность определения коэффициентов тяги и мощности ВВ при моделировании работы его во всем диапазоне эксплуатации двигателя. В итоге погрешность определения суммарной тяги ВВ на режимах прямой тяги уменьшена в 2 раза по сравнению с действующей методикой использования многомерных АДХ. Цель и задачи исследования

Целью является разработка методики представления и использования многомерных аэродинамических характеристик соосного винтовентилятора с винтами изменяемого шага противоположного вращения для повышения эффективности проектирования турбовинтовентиляторных двигателей и их систем автоматического управления (САУ).

Для достижения цели в работе ставятся следующие задачи: 1) Разработать методику представления и использования многомерных АДУ соосного ВВ с ВШИ противоположного вращения в составе быстросчет-ной кусочно-линейной динамической модели (БКЛДМ) ТВВД, позволяющую

применительно к СПМ реализовать ММ ТВВД, работающую в режиме реального времени, повысив тем самым эффективность проектирования и доводки САУ ВВ и ТВВД;

2) Разработать технологию реализации ММ ГТД и элементов его автоматики в среде графического программирования для использования на СПМ, работающей в режиме реального времени;

3) Провести апробацию предлагаемой методики (путем полунатурного моделирования конкретных ГТД и их САУ), анализ эффективности используемых средств для реализации математических моделей ГТД в используемой среде графического программирования, работающих в режиме реального времени на СПМ.

Рисунок 1 - Структурно-логическая схема исследования

В соответствии с поставленной целью определена структурно-логическая схема исследования (рисунок 1), согласно которой последовательно решаются поставленные задачи.

Научная новизна

Новьми научными результатами, полученными в работе, является разработанная методика представления и использования многомерных АДХ соосно-го ВВ с ВВ противоположного вращения изменяемого шага, ММ ТВВД и элементов его автоматики в среде Lab VIEW компании N1 (далее N1 Lab VIEW) применительно к СПМ:

1. Методика представления и использования многомерных АДХ соосно-го ВВ изменяемого шага противоположного вращения в составе БКЛДМ ТВВД при проектировании его узлов и САУ, отличающаяся тем, что экспериментальные АДХ ВВ представлены в многомерном пространстве параметров с использованием метода Кунса, где вдоль одной из координат деформируясь перемещаются тела кубической формы, описывающие взаимосвязь трех других пара-

метров.

2. Метод реализации (с использованием среды графического программирования N1 Lab VIEW) ММ ГТД и элементов его автоматики, работающей в режиме реального времени совместно со стендом полунатурного моделирования, включающий использование циклов реального времени, распараллеливание вычислений по ядрам процессора и т.д..

3. Выявленная (путем апробации при полунатурном моделировании конкретных ГТД и их САУ) степень и область адекватности разработанной методики, в совокупности с используемыми средствами среды графического программирования (на примере N1 Lab VIEW), подтверждает допустимость принятых предположений, касающихся представления экспериментальных АДХ ВВ в многомерном пространстве параметров и очередности использования аргументов многомерных функций коэффициентов тяги и мощности соосного ВИШ.

Практическая ценность. Результаты исследований и разработанная методика внедрены в промышленность (ОАО УНПП «Молния», ОАО НПП «Аэросила) и в учебный процесс (ФГБОУ ВПО УГАТУ, г. Уфа).

Разработанная методика использования многомерных АДХ соосного ВВ и используемая система моделирования имеют практическую ценность:

- достигается погрешность менее 5% в определении тяги при математическом моделировании ТВВД на режимах прямой тяги;

- повышается эффективность отладки переходных режимов на ТВВД (настройка САУ двигателя для выхода на заданную тягу на любом режиме) при проектировании и эксплуатации агрегатов САУ ТВВД;

- сокращается объём испытаний САУ ВВ на самолете и моторном стенде (доводочных, заводских, сертификационных) за счет проведения контрольных проверок и зачетных испытаний САУ на стенде полунатурного моделирования;

- повышается качество САУ ВВ за счет контроля динамических характеристик в процессе серийного производства САУ ВВ;

- позволяют проводить комплексную отработку алгоритмов управления, контроля, диагностики и парирования отказов САУ ВВ.

Методы исследования. При выполнении работы использованы следующие методы и способы исследования:

- теория ВРД и теория автоматического управления;

- теория воздушного винта;

- функциональный анализ (интерполяция сплайнами, линейная интерполяция, метод Кригинга);

- полунатурное моделирование.

На защиту выносится:

1. Методика представления и использования многомерных АДХ ВВ (при проектировании САУ ТВВД и моделировании работы ВВ) в виде поверхностей Кунса с применением кусочно-линейной аппроксимации экспериментальных кривых;

2. Методика использования инструментов среды графического программирования (включающая использование циклов реального времени, распараллеливание вычислений по ядрам процессора и др. на примере N1 Lab VIEW), предназначенных для реализации математической модели ГТД (или другого аналогичного сложного объекта исследования), работающей в режиме реального времени;

3. Результаты апробации разработанной методики и рекомендуемых средств, предлагаемых средой графического программирования (на примере N1 Lab VIEW), для реализации математических моделей сложных систем, работающих в режиме реального времени на СПМ.

Обоснованность и достоверность результатов исследования

Достоверность научных положений, результатов и их выводов, содержащихся в диссертационной работе, основывается на:

- корректном использовании фундаментальных уравнений теории ВРД и теории автоматического управления;

- применении математического аппарата, программно-технологических решений, отвечающих современному уровню;

- сопоставлении расчетных и экспериментальных данных, тестовых проверках предложенных методик и консультациях со специалистами компании-поставщика программного обеспечения.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на X Всероссийской НТК «Аэрокосмическая техника и высокие технологии» (Пермь, ПГТУ, 2006, 2007), Всероссийской НТК «Мав-лютовские чтения» (УГАТУ, УФА, 2007, 2008), Всероссийской НТК «Зимняя школа аспирантов» (УГАТУ-УМПО, УФА, 2009), международной НТК «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (Самара, СГАУ, 2009, 2011).

Публикации. По результатам выполненных исследований и разработок опубликовано 13 работ, в том числе 4 публикации в центральных рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из четырех глав, основных выводов, списка литературы и приложения. Содержит 137 страниц машинописного текста, включающего 56 рисунков, 3 таблицы, библиографический список из 119 наименований, 5 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

В первой главе обоснована актуальность работы, проведены обзор и анализ СПМ, используемых при разработке САУ ГТД и других сложных систем, программного обеспечения для моделирования работы ГТД и его автоматики (GasTurb, ГРАД АСТРА, Simulink, Vissim, NI LabVIEW и др.) с точки зрения возможности использования совместно со стендами полунатурного моделирования («ОКБ Сухого», ФГУП «ГосНИИАС», ОАО «УНПП «Молния», ОАО «НЛП «Аэросила»).

Проведены обзор и анализ способов представления и использования характеристик воздушного винта при моделировании работы ВВ.

Результатами проведенного обзора и анализа явились формирование на-

правлений научного исследования, формулировка цели диссертационной работы, задач исследования и методов их решения.

Во второй главе проведена систематизация особенностей моделей для имитационного полунатурного моделирования при производстве ГТД и его САУ. Приведено описание объекта управления - ТВВД.

Рисунок 2 - Закономерности смещения линий <рв при увеличении %, Д^, М

В связи с выявленной закономерностью (рисунок 2) изменения искомых параметров приводится схема представления экспериментальных АДХ ВВ в пространстве параметров. Полученные группы характеристик экспериментальных АДХ ВВ (расслоение по Д<Рв для конкретных значений чисел Маха) были представлены в пространстве как поверхности Кунса (рисунок 3) с перемещением их по прямой. Предполагается, что группы характеристик по А<рв представляют собой тела кубических форм. Предполагается также, что в кубах плоскости соответствуют значениям Ад^ и являются своего рода сечениями. Числа Маха, на которых определялись группы характеристик с соответствующими соответствуют положениям куба на прямой. Характеристики, полученные для режимов прямой тяги и для режима «Реверс» на одном Махе, располагающиеся в одной подгруппе А<ръ, объединяются. С использованием предлагаемого способа, и как следствие использования полных экспериментальных аэродинамических характеристик, возможно уменьшение затрат на испытания и доводку ГТД и его САУ.

В третьей главе приведена разработанная методика представления и использования многомерных АДХ соосного ВШИ в многомерном пространстве параметров и программные средства для реализации ММ ГТД в среде графического программирования (на примере N1 Lab VIEW) для использования полученной ММ на стенде полунатурного моделирования, с целью комплексной отработки каналов управления агрегатов САУ двигателя.

В работе реализована нелинейная модель соосного ВВ, работающая в составе ММ ТВВД и использующая экспериментальные АДХ со всеми располагаемыми точками. Выходными параметрами модели являются частоты вращения винтовентиляторов на следующем шаге интегрирования и суммарная тяга.

Входными параметрами модели выступают:

- частоты вращения винтовентилятора Ппв и пзв на текущем шаге интегрирования;

- углы установки лопастей винтовентилятора q>^ и <рзв;

- мощность на валу свободной турбины Мтев;

параметры полета: скорость Уп; число Маха, плотность воздуха р.

сг. /3 ч>, ^^^^^^^^^^^ Ля

л

1 ЛЛ

1

1 А <р.

группа зарактеристих для числа Маха ■м,

Группа характеристик дот ч

а = М2

группа характсриспидля числа Маха = М

группа характеристик дои ч

Рисунок 3 - Пример поверхности Кунса применительно к АДХ ВВ

Рисунок 4 - Схема работы характеристик винтовентилятора

Наиболее трудоемкой задачей при моделировании винтовентилятора является задача нахождения абсолютных коэффициентов тяги а и мощности /? по характеристикам, определенным в результате экспериментов и заданным в табличном виде в зависимости от четырех переменных: угла установки лопастей <рв, разности углов установки лопастей переднего и заднего винтовентилятора Д<рв; относительной поступи винта Лв и числа М для каждого винтовентилятора в отдельности. Кроме характеристик на основных режимах, имеются также характеристики на режиме «Реверс». Характеристики коэффициентов тяги и мощности выглядят следующим образом: а - Д<Рв,МДв), Р~ /(% .А^в.М.Лщ). На рисунке 4 показана схема работы характеристик; характеристики на режиме «Реверс» в соответствии с доводами, приведенными второй главе, входят в соответствующую группу характеристик по известному числу М,

На рисунке 5 приведены зависимости коэффициентов тяги и мощности, которые использовались до настоящего момента в модели ВВ на СПМ - эти зависимости по сути «упрощение» имеющихся экспериментальных АДХ. Применение этих «упрощений» обусловлено тем, что отсутствовала методика по работе с экспериментальными зависимостями а = /{<Рв, Л?>в>МДв) и /(%.А?>в>МДв). Также в случае использования «упрощенных» зависимостей коэффициентов тяги а и мощности отсутствует учет параметра Д^ («разношаговости»), оказывающий существенное влияние на частоты вращения переднего и заднего винтов. Такие характеристики описывают работу ВВ совместно с двигателем только при Н=0 м, М=0.

На рисунке 6 показаны характеристики: а - вид характеристики, который был ошибочно принят и использовался ранее; б - вид имеющихся характеристик винтовентилятора.

Выявлена важная роль очередности использования задающих параметров при определении искомых значений коэффициентов тяги а и мощности для

точки с координатами МтекДгех^ при интерполяции (индекс «тек»

обозначает параметр на текущем шаге работы модели). Обнаружено, что для определения параметров а и /? по имеющимся экспериментальным характеристикам в практике ранее использовался алгоритм, являющийся неверным для рассматриваемого случая.

-15 -5 5 15 25 35 <Рй -15 -5 5 15 25 35

Рисунок 5 - Зависимости коэффициентов тяги и мощности винта

- общий случай

Этот алгоритм для определения параметров аир рассчитан на применение к частному случаю и неприменим для имеющихся экспериментальных характеристик винтовентилятора, поскольку линии ^ не лежат в одном диапазоне значений X так, как показано на рисунке 6, а. Вышеописанный алгоритм -это частный случай для определения параметра по характеристикам, изображенным на рисунке, б (имеющиеся характеристики ВВ). Доказать, что ранее использовавшаяся методика не подходит для нашего случая, возможно на фрагменте набора характеристик для одного из винтов при известных числе Маха и разности углов установки лопастей Ае/>в. По ранее использовавшейся методике сначала осуществлялась оценка искомого параметра по ЛВт.к (индекс «тек» обозначает параметр на текущем шаге работы модели) на линиях всех имеющихся групп характеристик при известных Д(ръ и числе Маха. Затем искомый параметр оценивался по А^>Втек линейной интерполяцией между искомыми параметрами, полученным по характеристикам и определенными на всех Дотеки и Л^втек+ь на известном числе Маха. Здесь индексы тек±1 - известные значения Аг/>в ближайших групп характеристик по отношению к значению тЖ (или Мтех). Далее осуществлялась линейная интерполяция по М между

искомыми параметрами, полученным по характеристикам и определенными на всех Мтек_, и Мтй[+1. Таким образом для определения искомого параметра при 9^=63 в диапазоне 3,7 < АВтек < 4 при известных Д^ и М (рисунок 7) берутся крайнее значение а справа на <ръ= 60 и крайнее значение а слева на <z>b=65. В итоге получается неверное значение а. Дальнейшие расчеты являются бессмысленными. а

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 -ОД

2,3 2,7 3,1 3,5 3,9 4,3 4,7 5,1

Рисунок 7 - Общий вид группы характеристик винта для М = const и разности углов установки лопастей Д<р% = const с изображением интерполированной линии <рв ((Зтек=63°) Автором предложена методика определения искомого параметра для общего случая. Интерполяция начинается с построения текущей линии (рв на ближайших ipynnax характеристик а (или J3), в напзем случае применительно к рисунку 7 это <ртек= 63° на группе характеристик Д^в = const, М = const. Затем определяется положение линии % по Д^тек между Д^втек-u Д^тек-и на МтеЫ и на Мтек+1. Далее определяется линия (рв по Мтек между МтеЫ и Мтек+1, с которой и осуществляется снятие значения искомого параметра.

Проведен анализ причин, почему использовавшаяся ранее методика и алгоритм неприменимы для рассматриваемого случая. В начале разберем случай, когда ближайшие линии ср^ на группе характеристик А<р на известном М имеют общий диапазон по X — Я^ — Л3, на рисунке 8 он обозначен вертикальными линиями. Это единственный в данном случае участок, на котором применимы вышеописанные действия из предлагавшегося алгоритма при условии, что все кривые лежат в этом диапазоне. В случаях, когда Хпк находится не в диапазоне Я^ — Ад расчет становится неверным. Предположим, что в нашем случае Л^ находится в диапазоне Лд -Л4. В таком случае по предлагавшейся методике параметры атек (или Дп,,,) в начале определяются на линиях (рв=<рi и ^ = <р2 ■ Так для (ръ=ф\ значение параметра акк будет определено точкой а для

сРъ=(р2 — точкой А2кя, между которыми по параметру (ртек и коэффициенту к^ определится точка Ап. .В случае же применения методики для общего случая в

начале строится линия <Ръ-(Р™ на группе характеристик Д <р на известном М.

Как мы видим из рисунка 8, значение «тек (или /?тек) уже на втором шаге предлагавшихся действий определяется неверно. Точка Вп.л показывает положение точки с параметрами О™, 4«) Л™ Данной группы характеристик. Т.е., как мы видим, интер-

| ^ ^ ___^ | полиция по параметру <ртек

Я А, Л3 Лек Я4 фактически отсутствует и

Рисунок 8 - Пример использования алгоритма верные значения параметра с использованием действующей и предлагаемой а.гек (или /?тек) будут вы-методик для линий /рв с общим диапазоном Л даваться только при <ркк, а, Вравном значению какой

либо линии (ръ на известных группах характеристик А(р на известных М.

Ошибки в предлагавшихся действиях существенно заметны в случае, когда ближайшие линии (Ръ на группе характери стик Д <р на известном М не имеют общего диапазо-

Рисунок 9-Пример использования алгоритма на по Л (см- РИСУН0К 9)-с использованием действующей и предлагаемой Допустим, что на текущем методик для линий без общего диапазона Л шаге работы модели необходимо найти значение параметра атек (или /?тек) с параметрами (<ртт, Лы) для данной группы характеристик, Лгек находится в диапазоне Л1-Ль. В этом случае, следуя действиям предлагавшейся методики, пока Лкх находится в диапазоне Л2-Л}, значения параметра ате¥ (или /?тек) на линиях <Ръ=<Р] и (р^ = (р2 будут определяться в точках А[кх и А2кл соответственно и далее по параметру <ртек и коэффициенту определяется точка А,к?>. Т.е. точка Дк(в будет находиться на линии АШл А2кл пока ЛКК находится в диапазоне Л1 - Л3, что на самом деле невозможно. С применением методики для общего случая такие ошибки исчезают — точка 2?1кя.

На рисунках 8 и 9 в диапазонах Л, -Л1 и Л,-Л4 обозначены и соединены точки, между которыми осуществляется интерполяция по параметру ртек в слу-

а.р

чаях, когда 1ХК определяет значение «тек (или /?тис) для точки A¡k крайней точкой одной линии <рв и любой точкой, соответствующей Л^, другой линии <Рв-

Выделены инструменты среды N1 Lab VIEW и предложена технология их использования при реализации математических моделей объектов на рассматриваемом СПМ, работающих в режиме реального времени на СПМ.

В четвертой главе приводятся результаты реализации нелинейной поэлементной модели ТРДДсм для СПМ, работающей в режиме реального времени, как более простой пример реализованной модели, осуществленной с использованием средств, описанных в третьей главе. Затем приведены результаты реализации модели более сложного объекта - ТВВД с соосным ВВ изменяемого шага, использующей разработанную методику использования многомерных АДХ соосного ВВ. В отдельном разделе приведены результаты апробации разработанной методики использования многомерных АДХ соосного ВВ с ВИШ

Рисунок 10 - Линии установившихся режимов ВВ при постоянной мощности, скорости и высоте полета при Л^ = 0°. Зависимости относительных частот вращения винтов от углов установки лопастей винтов Показано, что реализованные ММ ТВВД, ВВ, гидромеханической части, сервопривода лопастей ВВ с использованием предложенного метода использования многомерных АДХ соосного ВВ, устойчиво работают в режиме реального времени. После реализации многомерной характеристики ВВ по предложенной методике все ошибки, возникавшие ранее, исчезли - ММ ВВ и ТВВД стабильно работают при любых возмущениях (изменение М и высоты полета, подачи топлива) при шаге работы модели 1...10 мс; частоты вращения ВВ выходят на статические режимы должным образом по завершению любых неустановившихся режимов.

На рисунке 10 приведены линии установившихся режимов ВВ при постоянной мощности, скорости и высоте полета: ЗМГ; ПМГ; «Реверс»; «Крейсерский режим полета». Для режимов ЗМГ и «Реверс» рассматривается режим работы ГГ при одинаковом расходе топлива. Расчет данных для этих графиков проводился на модели ВВ отдельно от двигателя, поскольку при работе модели ВВ с моделью двигателя отсутствует возможность ввода ряда параметров, необходимых для задания возмущения. По полученным статическим линиям возможно выполнить идентификацию модели по экспериментальным данным -

измеренным значениям и пв при одинаковых мощности передаваемой на

винт и высотно-скоростных условиях.

На рисунке 11 приведены результаты идентификации модели ВВ с использованием аэродинамических характеристик ВВ по предлагаемой методике, по действующей методике и с использованием зависимостей вида а = /(<рв),

/? = /(<Рв) (рисунок 5) при включенном резервном регуляторе ВВ по данным

* и

программы регистратора. При одинаковых значениях рКота, т.е. постоянной мощности (входная координата) двигателя, в модельном и физическом эксперименте значения тяги ВВ (выходная координата) отличаются не более 7 % на крайних точках рассматриваемого диапазона и менее 1 % в середине этого диапазона.

Рви ото

0,8 0.7 0.6 0,5 0,4

0,49 0,59 0,69 0,79

Рисунок 11 - Зависимость относительной тяги винтовентилятора РВВо,л,

от относительной суммарной степени повышения давления Ркотн • Результаты идентификации ММ ВВ при земных условиях с включенным резервным регулятором ВВ по данным программы регистратора

Несмотря на адекватность модели ВВ с использованием аэродинамических характеристик ВВ по действующей методике и с использованием зависимостей вида а = /(<рв), Р = 1{<Ръ) (рису™* 5) ПРИ включенном резервном регуляторе ВВ на режимах с земными условиями, недостатки их использования явным образом заметны при моделировании режимов работы двигателя в полете и переходных процессов. Так, при имитации переходного процесса с «Крейсерского режима» на пониженные режимы с включенным резервным регулятором ВВ и при использовании аэродинамических характеристик ВВ по действующей методике модель ВВ не выходит на установившийся режим, см. рисунок 12 и рисунок 13; при моделировании приемистости в совокупности с набором высоты и увеличением Маха полета возможны отрицательные значения тяги ВВ. При использовании зависимостей вида а=/(<рв), [1 = /(%) (рисунок 5) для моделирования режимов ВВ на высоте происходят следующие закономерности (возможно их сочетание): 1) значения углов установки лопастей ВВ достигают значений углов флюгерных положений; 2) увеличение частот вращения до пре-

♦ данные лр о граммы р ешстр ацки □ модель ТВВД с использованием предлагаемой методики —А—модель ТВВД с использованием действующей методики —6—модель ТВВД с использованием зависим о стеП а- /{<Рв),Р~/(.(Ръ)

яг

дельных значений; 3) несоответствие значений тяги ВВ при моделировании заданным по ТЗ.

Также была проведена имитация работы двигателя на режиме ПМГ при посадке самолета со скорости 330 км/ч до полной остановки самолета на ВПП с переводом лопастей на режимы обратной тяги при отключенном блоке ЭСУ, на малых режимах работы двигателя модель ВВ на режимах прямой тяги с использованием АДХ ВВ по действующей методике не выходит на установившиеся режимы (см. рисунок 14) и наблюдаются постоянные колебания мощностей, частот вращения и тяги винтов с частотой колебаний около 0,48 Гц.

И гУ >) Ё

> ш

! ! 1

штш * ; аоД ■ я ■

6)

~г 4,„

р Щ

1

1 уЩ

ш 1

1 ¡и дай 1

г,И

<.Н

Рисунок 12 - Имитация переходного процесса с «Крейсерского режима» на режим 0,7МП с включенным резервньм регулятором ВВ:

а) с использованием аэродинамических характеристик ВВ

по действующей методике;

б) с использованием аэродинамических характеристик ВВ

по предлагаемой методике

Рисунок 13 - Имитация переходного процесса с «Крейсерского режима» на режим 0,5МП с включенным резервным регулятором ВВ:

а) с использованием аэродинамических характеристик ВВ

по действующей методике;

б) с использованием аэродинамических характеристик ВВ

по предлагаемой методике Также, сравнивались данные ММ на статических режимах с данными самолетных испытаний (см. таблицу 1). В рабочей области параметров, необходимых ЭСУ для работы, реализованная и усовершенствованная ММ соосного ВИШ имеет погрешность менее 5 % при определении суммарной тяги винта в сравнении с экспериментальными данными при идентичных атмосферных условиях и пга =пзв (синхрофазировании), что характеризует степень ее адекватности. При этом с использование действующей методики погрешность достигает 9-10 % и наблюдается неустойчивая работа модели ВВ.

Рисунок 14 - Имитация переходного процесса на режиме ПМГ при посадке

самолета со скорости 330 км/ч до полной остановки самолета на 131111 с переводом лопастей на режимы обратной тяш. Изменение коэффициента

мощности Д, относительной мощности NBoxn, коэффициента тяги а, относительной тяги РВотн переднего (1) и заднего (2) винта при отключенном блоке ЭСУ: а) с использованием АДХ ВВ по действующей методике; б) с использованием АДХ ВВ по предлагаемой методике

Таблица 1 - Сопоставленные результаты испытаний, результаты расчета ММ с использованием характеристик по действующей методике и предлагаемой методике. рн =743 ммрт. ст., 1Н = -2 С, пга =пзв.

Скорость самолета на ВПП, [км/ч]

Сопоставленные данные

120

□данные испытаний

I ММ с использованием АДХ ВВ по предлагаемой методике

О ММ с использованием АДХ ВВ по действующей методике

130

138

□ данные испытаний

!ММ с использованием АДХ ВВ по предлагаемой методике

□ ММ с использованием АДХ ВВ по действующей методике

195

0,78 ■ 0,76' 0,74 ■ 0,72. 0.7-

НЕ

0,7 0,68 0,66 0,64 0,62 0,6

гВВота

ш

ш

ЙИ

1

- я ид

О данные испытаний

Ш ММ с использованием АДХ ВВ по предлагаемой методике

□ ММ с использованием АДХ ВВ по действующей методике

Для реализованных моделей выполнена оценка потребных вычислительных ресурсов. Показано, что для моделирования работы и процессов управления ГТД различных схем требования к ЭВМ отличаются несущественно. Усложнение ММ двигателя и его САУ (степень детализации, учет новых факторов, включая нестационарность) требует увеличения ресурсов ЭВМ, объединения ЭВМ в сеть или использования компьютеров с многоядерными процессорами.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1) Разработана методика представления и использования многомерных АДХ соосного ВВ изменяемого шага для использования при проектировании и полунатурном моделировании ТВВД, его САУ и узлов в среде М Lab VIEW. Предложенная методика позволяет моделировать работу соосного ВВ в широком диапазоне режимов работы ТВВД в режиме реального времени.

2) Разработана технология реализации ММ ГТД и элементов его автоматики (а также других сложных объектов) в среде графического программирования (на примере N1 Lab VIEW) для использования на стенде полунатурного моделирования и работающих в режиме реального времени;

3) Выполнена (на примере полунатурного моделирования конкретных ГТД и их САУ с использованием среды NI Lab VIEW) апробация разработанной методики и используемых средств для реализации математических моделей ГТД (ТВВД, ТРДДсм) и характеристик их узлов, работающих в режиме реального времени на стенде полунатурного моделирования. Подтверждена допустимость принятых предположений, касающихся представления экспериментальных АДХ соосного ВВ с винтами изменяемого шага в многомерном пространстве параметров и очередности использования аргументов многомерных функций коэффициентов тяги и мощности соосного ВИП1 С использованием разработанной методики, в совокупности с предлагаемым программным обеспечением, повышена точность определения коэффициентов тяги и мощности при моделировании работы ВВ (вследствие чего суммарная тяга соосного ВВ, в сравнении с результатами самолетных испытаний, определяется с погрешностью менее 5%), что позволяет проводить комплексную отработку алгоритмов управления и контроля САУ ВВ и ТВВД с большей эффективностью, в особенности на взлетно-посадочных режимах, при полунатурном моделировании. Даны рекомендации по требованиям к производительности используемых компьютеров и используемому программному инструментарию.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах

Публикации в рецензируемых журналах из списка ВАК:

1. Годованюк А. Г. Использование многомерной характеристики винтовентилятора при полунатурном моделировании ГТД и его САУ / А. Г. Годованюк, И. А. Кривошеев, Г. И. Погорелов, В. С. Фатиков // Мир авионики : журнал Российского авиаприборостроителышго альянса / ОАО «Корпорация «Аэрокосмическое оборудование». - М.: 2009. №3,2009. - С. 33-38. (личный вклад - 4 ж. л.)

2. Годованюк А. Г. Методика представления и использования многомерной характеристики винтовентилятора при автоматизированном проектировании ГТД и его САУ / А. Г. Годованюк, И. А. Кривошеев, Г. И. Погорелов, В. С. Фатиков, // Вестник УГАТУ: Научный журнал УГАТУ / УГАТУ. -Уфа : РЖ УГАТУ, 2009. Т. 13, №1 (34). - С. 3-8. (личный вклад - 4 ж. л.)

3. Годованюк А. Г. Методика представления и использования многомерной характеристики винтовентилятора при полунатурном моделировании ГТД и его САУ / А. Г. Годованюк, И. А. Кривошеев, Г. И. Погорелов, В. С. Фатиков // Известия вузов. Авиационная техника - Казань: КГТУ, 2010, №1. - С. 37-40. (личный вклад - 3 ж. л.)

4. Годованюк А. Г. Использование моделей ГТД в составе адаптивных отказоустойчивых систем управления и контроля / А. Г. Годованюк,

И. А. Кривошеев // Вестник УГАТУ: Научный журнал УГАТУ / УГАТУ. - Уфа: РИК УГАТУ, 2010. Т. 14, №5 (40). - С. 10-14. (личный вклад- 3 ж. л.)

Публикации в других изданиях:

5. Годованюк А. Г. Элементы контроля, измерения и регулирования в динамических моделях ГТД (тезис доклада) / А. Г. Годованюк, Д. А. Ахмедаянов // Проблемы современного машиностроения: Тезисы докладов всероссийской молодежной НТК 22 - 23 декабря 2004 г., г. Уфа: УГАТУ, 2004. - С. 57-58.

6. Годованюк А. Г. Элементы контроля и управления в имитационных моделях ГТД (статья) / А. Г. Годованюк, И. А. Кривошеев, Д. А. Ахмедаянов // II Всероссийская НТК с международным участием: Мехатроника, автоматизация, управление (МАУ'2005): Сб. трудов. Том 1. - Уфа: УГАТУ, 2005. - С. 33-38.

7. Годованюк А. Г. Реализация нелинейной динамической поэлементной имитационной модели двухвального двухконхурного двигателя для стенда полунатурного моделирования (тезис доклада) / А. Г. Годованюк, И. А. Кривошеев, Д. А. Ахмедаянов, // Аэрокосмическая техника и высокие технологии - 2006.: Материалы IX Всероссийской НТК - Пермь: ПГТУ, 2006. - С. 60-61.

8. Годованюк А. Г. Разработка динамической поэлементной имитационной модели ГТД в среде VTSSIM для стенда полунатурного моделирования (доклад) / А. Г. Годованюк, И. А. Кривошеев, Д. А. Ахмедаянов // Аэрокосмическая техника и высокие технологии - 2007.: Материалы X Всероссийской НТК -Пермь: ПГТУ, 2007. - С. 45-46.

9. Годованюк А. Г. Информационно-диагностическое средство для обеспечения технического обслуживания ГТД на испытательном стенде / А. Г. Годованюк, М. Р. Азанов // Мавлютовские чтения: Всероссийская молодежная конференция, посвященная 75-летию УГАТУ: Сборник трудов Том I / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т - Уфа: УГАТУ, 2007. - С. 52-53.

Ю.Годованюк А. Г. Реализация математической модели 1ВВД и винтовен-тилятора для отработки блока ЭСУ на стенде полунатурного моделирования (тезис доклада) // Мавлютовские чтения: Всероссийская молодёжная научная конференция: Сборник трудов Том 1 / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. - Уфа, 2008. -

11. Годованюк А. Г. Использование имитационных математических моделей на стенде полунатурного моделирования / Актуальные проблемы в науке и технике. Том 2. Машиностроение, приборостроение, экономика и гуманитарные науки // Сборник трудов четвертой всероссийской зимней школы-семинара аспирантов и молодых ученых, 19-21 февраля 2009 г. - Уфа: Издательство «Диалог», 2009.-С. 235-238.

12. Годованюк А. Г. Методика представления и использования многомерной характеристики вкнтовентилятора при моделировании работы ТВВД / А. Г. Годованюк, И. А. Кривошеев, Г. И. Погорелов, В. С. Фатиков, // Проблемы и перспективы развития двигателестроения: материалы докладов междунар. науч,-техн. конф. 24-26 июня 2009 г. - Самара: СГАУ, 2009. - В 2 Ч. Ч. 2 - С. 135-137.

13. Годованюк А. Г. Стенды полунатурного моделирования ГТД и их САУ [Текст] / А. Г. Годованюк, Д. А. Ахмедаянов, И. А. Кривошеев // Молодой ученый. -Чита, ООО «Формат», 2011.-КаЗ (26). Т.1. - С. 39-42.

С. 72-73.

Диссертант

Годованюк А. Г.

ГОДОВАНЮК Алексей Геннадьевич

МЕТОДИКА ПРЕДСТАВЛЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК СООСНОГО ВИНГОВЕНТИЛЯТОРА ПРИ ПОЛУНАТУРНОМ МОДЕЛИРОВАНИИ ТВВД

Специальность 05.07.05 -Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

АВТОРЕФЕРАТ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано к печати 20.10.2011г. Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная. Печать плоская. Гарнитура Times New Roman. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 329

ФГБОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет Центр оперативной полиграфии 450000, Уфа-центр, ул. К. Маркса, 12

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1 Анализ проблем разработки САУ ГТД с использованием полунатурного и имитационного моделирования.

1.1 Стенд полунатурного моделирования ГТД и его САУ.

1.2 Способы представления и использования характеристик воздушных винтов.

1.3 Анализ систем для моделирования работы авиационных двигателей и возможности их использования на СПМ.

1.3.1 GASTURB (Германия).

1.3.2 Программный комплекс ГРАД (Россия, Казань).

1.3.3 Программный комплекс GSP (Нидерланды).

1.3.4 Программный комплекс АСТРА (Россия, Самара).

1.3.5 MATLAB: Simulink (США, Массачусеттс, Нэтик).

1.3.6 Vissim (США, Массачусеттс, Вестфорд).

1.3.7 N1 Lab VIEW (США, Техас, Остин).

1.3.8 DVIGwp (Россия, Уфа, ГОУ ВПО УГАТУ).

1.4 Постановка цели и задач исследования.

Глава 2 ГТД и его САУ как объект имитационного полунатурного моделирования.

2.1 Систематизация особенностей моделей для полунатурного имитационного моделирования при производстве и доводке ГТД и его САУ.

2.2 Краткое описание ТВВД как объекта управления.

2.2.1 Математическая модель газогенератора ТВВД.

2.2.2 Нелинейная имитационная математическая модель соосного ВВ в составе БКЛДМ ТВВД.

2.2.3 Математическое описание модели гидромеханической части автоматики двигателя.

2.3 Представление экспериментальных аэродинамических характеристик винтовентилятора в многомерном пространстве параметров.

2.4 Поверхности (метод) Кунса, как способ задания поверхностей.

Глава 3 Методика реализации ММ ГТД в среде N1 Lab VIEW для использования на стенде полунатурного моделирования при разработке и отладке агрегата системы управления двигателя.

3.1 Методика представления и использования многомерной характеристики винтовентилятора изменяемого шага в составе БКЛДМ ТВВД при автоматизированном проектировании САУ ГТД и узлов ГТД.

3.1.1 Анализ ошибок, допущенных в существующей методике использования экспериментальных аэродинамических характеристик соосного ВВ.

3.1.2 Предлагаемая методика представления и использования экспериментальных аэродинамических характеристик соосного ВВ.

Актуальность работы. При разработке двигателей и их систем автоматического управления многие предприятия авиационной и космической отраслей все больше используют стенды полунатурного моделирования (СПМ), позволяющие проводить полную проверку всех функциональных характеристик разрабатываемых систем управления авиационных двигателей. Это связано с тем, что в двигателестроении разработка и производство агрегатов САУ ГТД невозможны без проверки совместного функционирования аппаратной и программной частей на СПМ или на натурных стендах, когда выявляются дефекты, допущенные в производстве (аппаратной или программной части). Полунатурные исследования при высокой информативности намного экономичнее, чем испытания системы управления на двигателе, поэтому они составляют основную часть отработки как двигателя, так и его САУ и других его систем посредством имитации их поведения во всех возможных режимах эксплуатации. При этом объект управления (двигатель и его системы) представляются в виде математической модели.

Использование СПМ обусловлено тем, что натурные испытания объектов моделирования могут превосходить в сотни раз по стоимости испытания или отработку узлов и/или агрегатов двигателя, или самолета с использованием СПМ. В связи с этим большое внимание уделяется программным комплексам, используемым на СПМ для использования математической модели (ММ) объекта (ГТД). На таких стендах очень критична возможность работы модели в режиме реального времени, поскольку в реальных условиях работы агрегатов и узлов двигателя или самолета обработка сигналов с датчиков и иных следящих агрегатов или устройств производится непрерывно, то есть в режиме реального времени, для обеспечения безопасности и надежности всей системы в целом. Количество программных продуктов позволяющих моделировать работу объекта в режиме реального времени очень мало, но даже при таком количестве каждый обладает рядом преимуществ и недостатков. Программное обеспечение, использование которого наиболее вероятно для этих целей, рассмотрено в одной из глав и проведена экспертная оценка по номинальной шкале (см. приложение А). Но даже при наличии программного продукта, удовлетворяющего требованиям работы модели, имеются трудности при их реализации, связанные с особенностями языка программирования и программным инструментарием, имеющимся в распоряжении разработчика.

С усложнением авиационных двигателей увеличиваются сложность математических моделей (ММ) их систем управления и узлов и требования к возможностям используемого программного обеспечения (ПО). Одной из сложнейших современных схем ГТД является турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД), используемый на самолетах транспортной авиации как наиболее экономичный. Объектом исследования в данной работе является ММ наиболее сложного и в то же время наиболее эффективного соосного винтовентилятора (ВВ) с винтами изменяемого шага (ВИШ) противоположного вращения в составе ММ ТВВД, реализуемая с помощью среды графического программирования (см. раздел 1.3, приложение А), позволяющей в режиме реального времени реализовать ММ ГТД применительно к стенду полунатурного моделирования. При реализации ММ ВВ имеется существенная проблема, заключающаяся в способе представления и обработки его экспериментальных аэродинамических характеристик (АДХ). Предлагаемая в работе методика представления и использования многомерных АДХ соосного ВВ позволяет минимизировать погрешность определения коэффициентов тяги и мощности ВВ при моделировании работы его во всем диапазоне эксплуатации двигателя. В итоге погрешность определения суммарной тяги ВВ на режимах прямой тяги уменьшена в 2 раза (см. раздел 4.3) по сравнению с действующей методикой использования многомерных АДХ.

Цель и задачи исследования

Целью является разработка методики представления и использования многомерных аэродинамических характеристик соосного винтовентилятора с винтами изменяемого шага противоположного вращения для повышения эффективности проектирования турбовинтовентиляторных двигателей и их систем автоматического управления (САУ).

Для достижения цели в работе ставятся следующие задачи

1. Разработать методику представления и использования многомерных АДХ соосного ВВ с ВИШ противоположного вращения в составе быстросчетной кусочно-линейной динамической модели (БКЛДМ) ТВВД, позволяющую применительно к СПМ реализовать ММ ТВВД, работающую в режиме реального времени, повысив тем самым эффективность проектирования и доводки САУ ВВ и ТВВД;

2. Разработать технологию реализации ММ ГТД и элементов его автоматики в среде графического программирования для использования на СПМ, работающей в режиме реального времени;

3. Провести апробацию предлагаемой методики (путем полунатурного моделирования конкретных ГТД и их САУ), анализ эффективности используемых средств для реализации математических моделей ГТД в используемой среде графического программирования, работающих в режиме реального времени на СПМ.

Научная новизна

Новыми научными результатами, полученными в работе, является разработанная методика представления и использования многомерных АДХ соосного ВВ с ВВ противоположного вращения изменяемого шага, ММ ТВВД и элементов его автоматики в среде Lab VIEW компании N1 (далее N1 Lab VIEW) применительно к СПМ:

1. Методика представления и использования многомерных АДХ соосного ВВ изменяемого шага противоположного вращения в составе БКЛДМ ТВВД при проектировании его узлов и САУ, отличающаяся тем, что экспериментальные АДХ ВВ представлены в многомерном пространстве параметров с использованием метода Кунса, где вдоль одной из координат деформируясь перемещаются тела кубической формы, описывающие взаимосвязь трех других параметров.

2. Метод реализации (с использованием среды графического программирования N1 LabVIEW) ММ ГТД и элементов его автоматики, работающей в режиме реального времени совместно со стендом полунатурного моделирования, включающий использование циклов реального времени, распараллеливание вычислений по ядрам процессора и т.д.

3. Выявленная (путем апробации при полунатурном моделировании конкретных ГТД и их САУ) степень и область адекватности разработанной методики, в совокупности с используемыми средствами среды графического программирования (на примере NI LabVIEW), подтверждает допустимость принятых предположений, касающихся представления экспериментальных АДХ ВВ в многомерном пространстве параметров и очередности использования аргументов многомерных функций коэффициентов тяги и мощности соосного ВИШ.

Практическая ценность

Разработанная методика использования многомерных АДХ соосного ВВ и используемая система моделирования имеют практическую ценность:

- достигается погрешность менее 5% в определении тяги при математическом моделировании ТВВД на режимах прямой тяги;

- повышается эффективность отладки переходных режимов на ТВВД (настройка САУ двигателя для выхода на заданную тягу на любом режиме) при проектировании и эксплуатации агрегатов САУ ТВВД;

- сокращается объём испытаний САУ ВВ на самолете и моторном стенде (доводочных, заводских, сертификационных) за счет проведения контрольных проверок и зачетных испытаний САУ на стенде полунатурного моделирования;

- повышается качество САУ ВВ за счет контроля динамических характеристик в процессе серийного производства САУ ВВ;

- позволяют проводить комплексную отработку алгоритмов управления, контроля, диагностики и парирования отказов САУ соосного ВВ.

Методы исследования. При выполнении работы использованы следующие методы и способы исследования:

- теория ВРД и теория автоматического управления (ТАУ);

- теория воздушного винта;

- функциональный анализ (интерполяция сплайнами, линейная интерполяция, метод Кригинга);

- полу натурное моделирование.

На защиту выносится:

1. Методика представления и использования многомерных АДХ ВВ (при проектировании САУ ТВВД и моделировании работы ВВ) в виде поверхностей Кунса с применением кусочно-линейной аппроксимации экспериментальных кривых;

2. Методика использования инструментов среды графического программирования (включающая использование циклов реального времени, распараллеливание вычислений по ядрам процессора и др. на примере N1 Lab VIEW), предназначенных для реализации математической модели ГТД (или другого аналогичного сложного объекта исследования), работающей в режиме реального времени;

3. Результаты апробации разработанной методики и рекомендуемых средств, предлагаемых средой графического программирования (на примере NI LabVIEW), для реализации математических моделей сложных систем, работающих в режиме реального времени на СПМ.

Обоснованность и достоверность результатов исследования

Достоверность научных положений, результатов и их выводов, содержащихся в диссертационной работе, основывается на:

- корректном использовании фундаментальных уравнений теории ВРД и теории автоматического управления;

- применении математического аппарата, программно-технологических решений, отвечающих современному уровню;

- сопоставлении расчетных и экспериментальных данных, тестовых проверках предложенных методик и консультациях со специалистами компании-поставщика программного обеспечения.

Внедрение. Результаты работы внедрены в промышленность (ОАО «УНПП «Молния», ОАО НПП «Аэросила») и в учебный процесс ФГБОУ ВПО УГАТУ.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на X Всероссийской НТК «Аэрокосмическая техника и высокие технологии» (Пермь, ПГТУ, 2006, 2007), Всероссийской НТК «Мавлютовские чтения» (УГАТУ, УФА, 2007, 2008), ВНТК «Зимняя школа аспирантов» (УГАТУ-УМПО, УФА, 2009), международная НТК «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (Самара, СГАУ, 2009, 2011).

История работы. Работа выполнена в НИЛ САПР-Д кафедры Авиационных двигателей УГАТУ, во взаимодействии с отделами 330 и 240 ОАО «УНПП «Молния», совместно с разработчиками соосного ВВ изменяемого шага противоположного вращения ОАО НПП «Аэросила». Автор выражает глубокую благодарность заместителю генерального директора по общим вопросам ОАО «УНПП «Молния» Погорелову Г. И., начальнику бригады МДГС КО САУ ОАО НПП «Аэросила» Данилихину А. М., ведущему конструктору КО САУ ОАО НИИ «Аэросила» Хилько В. И., ведущему научному сотруднику кафедры АСУ ФГБОУ ВПО УГАТУ кандидату технических наук Фатикову B.C., сотруднику Центрального Аэрогидродинамического Института им. проф. Н. Е. Жуковского Кишалову А. Н., научному сотруднику ОАО «ВПК «НПО машиностроения» (г. Реутов), преподавателю МГТУ им. Н.Э. Баумана Лунёву А. А. и доктору технических наук, профессору кафедры АД ФГБОУ ВПО УГАТУ Ахмедзянову Д. А.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1) Разработана методика представления и использования многомерных АДХ соосного ВВ изменяемого шага для использования при проектировании и полунатурном моделировании ТВВД, его САУ и узлов в среде N1 Lab VIEW. Предложенная методика позволяет моделировать работу соосного ВВ в широком диапазоне режимов работы ТВВД в режиме реального времени;

2) Разработана технология реализации ММ ГТД и элементов его автоматики (а также других сложных объектов) в среде графического программирования (на примере NI LabVIEW) для использования на стенде полунатурного моделирования и работающих в режиме реального времени;

3) Выполнена (на примере полунатурного моделирования конкретных ГТД и их САУ с использованием среды N1 LabVIEW) апробация разработанной методики и используемых средств для реализации математических моделей ГТД (ТВВД, ТРДДсм) и характеристик их узлов, работающих в режиме реального времени на стенде полунатурного моделирования. Подтверждена допустимость принятых предположений, касающихся представления экспериментальных АДХ соосного ВВ с винтами изменяемого шага в многомерном пространстве параметров и очередности использования аргументов многомерных функций коэффициентов тяги и мощности соосного ВИШ. С использованием разработанной методики, в совокупности с предлагаемым программным обеспечением, повышена точность определения коэффициентов тяги и мощности при моделировании работы ВВ (вследствие чего суммарная тяга соосного ВВ, в сравнении с результатами самолетных испытаний, определяется с погрешностью менее 5%), что позволяет проводить комплексную отработку алгоритмов г управления и контроля САУ ВВ и ТВВД с большей эффективностью, в особенности на взлетно-посадочных режимах, при полунатурном моделировании. Даны рекомендации по требованиям к производительности используемых компьютеров и используемому программному инструментарию.

1. B. П. Ищук // Авиационно-космическая техника и технология.-2005.-№ 2.1. C. 155-160.

2. Белкин Ю. С. Теория автоматического управления силовыми установками летательных аппаратов. Управление ВРД. / Ю. С. Белкин и др.; под ред. д-ра техн. наук, проф. А. А. Шевякова. М., «Машиностроение», 1976. 344 с.

3. Распопов Е. В. Интеллектуальная система запуска для нового поколения авиационных ГТД / Е. В. Распопов, Г. Г. Куликов, В. С. Фатиков, В. Ю. Арьков // Вестник УГАТУ, Уфа, 2007. Т. 9, № 2(20). С. 153-157.

4. Куликов Г. Г. Методология полунатурного комплексного функционального моделирования ГТД и его систем. / Г.Г. Куликов, В.Ю. Арьков, B.C. Фатиков, Г.И. Погорелов//Вестник УГАТУ, Уфа, 2009. Т. 13, №2(35).С.88-95.

5. Минаев И. И. Автоматизация процессов испытаний интегрированных САУ многодвигательными силовыми установками летательных аппаратов. Диссертация канд. техн. наук: 05.13.07 Уфа, 1996. 170 е.: табл. ил.

6. Баранов А. С. Комплексный стенд математического моделирования КБО JIA. Электронный ресурс. / А. С. Баранов, Д. И. Грибов, В. Б. Поляков, Р. Л. Смелянский, М. В. Чистолинов URL: http://lvk.cs.msu.sU/old/materials/5.doc

7. Стенд полунатурного моделирования Электронный ресурс. / ФГУП «ГосНИАС» : сайт. URL: http://www.gosniias.ru/pages/spm.html

8. Александров В. JI. Воздушные винты: Учеб. пособие для авиац.вузов .— М. : Оборонгиз, 1951 .— 475 с. : ил.

9. Справочник авиаконструктора, т. 1: Аэродинамика самолета. Издание ЦАГИ им. проф. Н. Е. Жуковского, Москва, 1937 г.

10. Касторский В. Е. Практические работы по курсу воздушных винтов / В. Е. Касторский, Ф. П. Курочкин // Изд. инж. академии им. проф. Н. Е. Жуковского. 1948. - 146 е., ил.

11. Вершинин И. Д. Способ построения имитационной математической модели аэродинамических характеристик воздушного винта / И. Д. Вершинин, Н. А. Зленко, А. Н. Кишалов // Ученые записки ЦАГИ, № 1-2 2008, С. 81-86.

12. Бураго С. Г. Аэродинамический расчет воздушного винта самолета: Учебное пособие к курсовой работе. / С. Г. Бураго, А. Н. Кишалов М.: МАИ, 1985.-44 е., ил.

13. Кравец A.C. Характеристики воздушных винтов: Учебное пособие для авиационных втузов. — М.: Оборонгиз, 1941. — 261 е.: ил.

14. Факс № 3335147 от 29.04.2003. Проректору УГАТУ по научной работе профессору Жернакову В. С. от заместителя генерального директора главного конструктора по AB, ВП ОАО НЛП «Аэросила» Шатланова М. И. Входящий № Ф-134 от 29.04.2003.

15. Матерон Ж. Основы прикладной геостатистики / Под редакцией Д. Я. Суражского, А. М. Марголина Издательство «МИР», Москва. 1968. -408 е.: ил.

16. Математические методы моделирования в геологии: Учебник / Г. С. Поротов. Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет). СПб, 2006. 223 с. + вклейка.

17. Проектирование авиационных газотурбинных двигателей: Учебник для вузов / Под. ред. профессора А. М. Ахмедзянова.— М.: Машиностроение, 2000.— 454 е.; ил.

18. Kurzke, J. Eine erweiterte Version des NASA-Turbinen-Kennfeldprogrammes aus NASA / J. Kurzke // Lehrstuhl fuer Flugantriebe, TU Muen-chen, 1976. 220 s.

19. Kurzke, J. GasTurb 11. Design and Off-Design Performance of Gas Turbines Электронный ресурс. / J. Kurzke // Copyright (C) 2007. 256 p. URL: http://gasturb.de/Free/Manuals/GasTurbl 1 .pdf.

20. GasTurb электронный ресурс. / Официальный сайт. Режим доступа: http://www.gasturb.de свободный.

21. Голланд А. Б. Программный комплекс ГРАД для расчета газотурбинных двигателей / А. Б. Голланд, С. А. Морозов, А. П. Тунаков и др. // Изв. вузов, сер. «Авиационная техника». 1985. - №1. - С. 83-85.

22. Тунаков А. П. Методы оптимизации при доводке и проектировании газотурбинных двигателей / А. П. Тунаков. М.: Машиностроение, 1979. 184 с.

23. Тунаков А. П. Кризис САПР и пути выхода из него / А. П. Тунаков // Изв. вузов, сер. «Авиационная техника». 1998.- №3. - С.85-91.

24. Программный комплекс ГРАОиЭУ электронный ресурс. / Официальный сайт. Режим доступа: http://grad.kai.ru/ свободный.

25. Термогазодинамическое моделирование авиационных ГТД. Печ. -Уфа: изд. Уфимск. гос. авиац. техн. ун-та, 2008. 158 с.

26. Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва. Электронный ресурс. / Портал образования и науки. 1996 2009. - Режим доступа: http://www.ssau.ru; свободный.

27. Бакулев В. И. Расчет ВСХ однокаскадных и двухкаскадных турбореактивных двигателей / В. И. Бакулев, Н. И. Марков. М.: МАИ, 1971. 254 с.

28. Бакулев В.И. Алгоритмы и программы расчета на ЭВМ высотно-скоростных и дроссельных характеристик ТРД и ТРДФ / В.И. Бакулев, Б.Г. Худенко. М.: МАИ, 1980. 57 с.

29. MATLAB электронный ресурс. / Официальный сайт. Режим доступа: http://www.mathworks.com свободный.

30. Мартынов Н. Н. MATLAB 7. Элементарное введение. — М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2005.-416 с.

31. Поршнев С. В. Компьютерное моделирование физических процессов в пакете MATLAB. — М.: Горячая линия Телеком, 2003. - 592 е., ил.

32. Дащенко А. Ф. MATLAB в инженерных и научных расчетах: Монография. / А. Ф. Дащенко и др.. Одеса: Астропринт, 2003. - 214 с.

33. Чен К. MATLAB в математических исследованиях: Пер. с англ. / К. Чен, П. Джиблин, А. Ирвинг М.: Мир, 2001. - 346 е., ил.

34. Hunt, Brian R. Matlab R2007 с нуля! Книга + Видеокурс.: пер. с англ. / Brian R. Hunt [и др.]. М.: Лучшие книги, 2008. - 352 е.: ил. + CD-ROM. - (Серия «Книга + Видеокурс»). - Доп. тит. л. англ.

35. Мэтьюз, Джон, Г. Численные методы. Использование MATLAB / Мэтьюз, Джон, Г., Финк, Куртис, Д. // 3-е издание.: Пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильяме», 2001. - 720 е.: - Парал. тит. англ.

36. Дьяконов В. Математические пакеты расширения MATLAB. Специальный справочник. / В. Дьяконов, В. Круглов. Спб.: Питер, 2001. - 480 е.: ил.

37. Дьяконов В. П. VisSim+MathCAD+MATLAB. Визуальное математическое моделирование. М.: СОЛОН-Пресс, 2004. - 384 е.: ил. - (Серия «Полное руководство пользователя»).

38. Мартынов Н. Н. MATLAB 5.x. Вычисления, визуализация, программирование. / Н. Н. Мартынов, А. П. Иванов // КУДИЦ-ОБРАЗ, 2002. 336 с.

39. Дащенко А. Ф. MATLAB в инженерных и научных расчетах: Монография. / А. Ф. Дащенко и др.. Одеса: Астропринт, 2003. - 214 с.

40. Рамбургер О. JI. Работа в среде MatLab. Электронный лабораторный практикум по дисциплине «Информатика» / О. Л. Рамбургер, С. В. Тархов // ГОУ ВПО УГАТУ Кафедра информатики, 2005 г.

41. Клиначёв Н. В. Моделирование систем в программе VisSim. Справочная система электронный ресурс. / Н. В. Клиначёв 2001 г. - URL: http://vissim.nm.ru/.

42. National Instruments электронный ресурс. / Официальный сайт. Режим доступа: http://www.ni.com свободный.

43. Клиначёв Н. В. «LabVIEW в упражнениях-chm» / Н. В. Клиначёв и неизвестный автор. // Учебное пособие. Offline версия 1.0. Челябинск, 2001. - URL: http://model.exponenta.ru/LabVIEWl.zip .

44. LabView Signal Express. Getting Started with LabVIEW SignalExpress. August 2007. National Instruments Corporation Электронный ресурс. URL: http://www.ni.com/pdf/manuals/373873c.pdf.

45. Джеффри Тревис. LabView для всех / Джеффри Тревис: Пер. с англ. Н. А. Клушин М.: ДМК Пресс; ПриборКомплект, 2004. - 544 с.

46. Суранов А. Я. LabView 7: справочник по функциям. М.: ДМК Пресс, 2005.-512 с.

47. Автоматизация физических исследований и эксперимента: компьютерные измерения и виртуальные приборы на основе LabView 7 / Под. ред. П. А. Бутырина- М.: ДМК Пресс, 2005. 264 е.: ил.

48. Пейч JI. И. Lab VIEW для новичков и специалистов. / JL И. Пейч, Д. А. Точилин, Б. П. Поллак М.: Горячая линия - Телеком, 2004. - 384 е.: ил.

49. Батоврин В. К. Lab VIEW: практикум по основам измерительных технологий: Учебное пособие для вузов. / В. К. Батоврин и др. М.: ДМК Пресс, 2005.-208 е.: ил.

50. Суранов А. Я. Lab VIEW 8.20: Справочник по функциям. М.: ДМК Пресс, 2007. - 536 с.

51. Уроки по Lab VIEW. ПиКАД, № 1-4 2003 г., № 1-4 2004 г., № 1-4 2005 г., № 1-3 2006 г. Электронный ресурс. URL: http://www.picad.com.ua/lesson.htm.

52. Ахмедзянов Д. А. Термогазодинамический анализ рабочих процессов ГТД в компьютерной среде DVIGwp: Учебное пособие/ Д. А. Ахмедзянов и др.; Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. Уфа, 2003. -162 с.

53. Система термогазодинамического моделирования газотурбинных двигателей (DVIGwp) на переходных режимах работы / Д. А. Ахмедзянов, И. А. Кривошеев, Е. С. Власова // СВИДЕТЕЛЬСТВО об официальной регистрации программы для ЭВМ №2004610868 от 8 апреля 2004 г.

54. Ахмедзянов Д. А. Термогазодинамический анализ рабочих процессов ГТД в компьютерной среде DVIGwp / Д. А. Ахмедзянов, И. А. Кривошеев, X. С. Гумеров Уфа: Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т, 2003. - 162 с.

55. Зарубин В. С. Математическое моделирование в технике: Учеб. для вузов / Под ред. В. С. Зарубина, А. П. Крищенко. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. - 496 с. (Сер. Математика в техническом университете; Вып. XXI, заключительный).

56. Рыжиков Ю. И. Имитационное моделирование. Теория и технологии. СПб.: Корона принт; М.: Альтекс-А, 2004. - 384 е., ил.

57. Корячко В. П. Теоретические основы САПР: Учебник для вузов 7 В. П. Корячко, В. М. Курейчик, И. П. Норенков. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 400 е.: ил.

58. Официальный сайт ГП «Запорожское машиностроительное конструкторское бюро «Прогресс» имени академика А. Г. Ивченко. Электронный ресурс. URL: http://ivchenko-progress.com/welcome.do .

59. Технический отчет № ИС.2007/92. Реализация кусочно-линейной динамической модели ТВВД в среде N1 Lab VIEW 7.1 для стенда полунатурного моделирования.