Автор работы: Пользователь скрыл имя, 17 Ноября 2012 в 13:28, реферат
Автоматизация отдельных процедур проектирования и технологической подготовки производства, постоянное увеличение количества персональных компьютеров дают определенный эффект, однако не приводят к существенному сокращению цикла создания газотурбинных двигателей (ГТД), поскольку не вносят принципиальных качественных изменений в технологию проектирования и доводки производства ГТД. Для создания сложных образцов новой техники (таких как ГТД) необходимо использование самых современных мощных систем CAD/CAM/САЕ с трехмерным моделированием.
1.Введение…………………………………………………………………….2
2.Создание полного электронного макета ГТД…………………………….5
3.Система управления проектными данными……………………………....5
4.О некоторых проблемах компьютеризации процессов создания ГТД и внедрения современных информационных технологий………………………… 6
5.Методы и программы расчета и программы расчета на прочность элементов ГТД………………………………………………………………………7
6.Программный комплекс ГРАД……………
Высотно-скоростные характеристики. Этот модуль предназначен для расчета высотно-скоростных характеристик на любых режимах работы двигателя с уменьшенным объемом ввода исходных данных. Для расчета задаются максимальное, минимальное числа Маха и шаг по нему, максимальное, минимальное значения высот полета и шаг между точками по высоте, а также все расчетные режимы. Задается программа управления, которая может включать несколько законов.
Климатические характеристики. Этот модуль предназначен для расчета дроссельных или нагрузочных характеристик при изменении внешних условий, т.е. температуры и давления наружного воздуха. Они должны быть заданы. Задается также число Маха полета и программа управления. Может быть задан шаг изменения по температуре и давлению, а также пределы их изменения.
Аппроксимация характеристик. Этот модуль имеет вспомогательное назначение для аппроксимации характеристик любого из узлов. Предусмотрены различные алгоритмы аппроксимации и варианты представления исходных данных для нее. Наиболее сложной является аппроксимация или табулирование характеристик компрессора из-за наличия вертикальных веток и помпажной кривой. Для нее был разработан отдельный вариант модуля, в котором производится замена переменных. После нее характеристики компрессора получаются очень пологими, поэтому после табулирования данные выбираются из таблиц с минимальными погрешностями.
Характеристики с одномерной оптимизацией. Этот модуль предназначен для расчета дроссельной характеристики двигателя с автоматическим подбором значения одного из параметров, обеспечивающего минимальное или максимальное значение заданной функции цели (критерия оптимизации). Например, может быть рассчитана максимальная мощность на выводном валу силовой турбины при различных значениях частот вращения турбокомпрессора или может быть рассчитана высота полета, на которой расход топлива будет минимальным.
Характеристики в нечетких числах. Этот модуль предназначен для расчета разброса параметров дроссельной характеристики (откликов), вызванного одновременным разбросом нескольких входных параметров двигателя (факторов). Это могут быть внешние условия или погрешности геометрических размеров. Для них задаются пределы изменения в процентах от номинального значения. Используется алгоритм полного факторного эксперимента.
Стохастические характеристики. Этот модуль тоже предназначен для расчета разброса параметров дроссельной характеристики, но задаются не пределы изменения факторов, а параметры их закона распределения. В результате расчета для откликов тоже получаются параметры законов их распределения. Обычно используются равномерный, нормальный (закон Гаусса) или нормальный усеченный законы.
Динамические характеристики. Этот модуль предназначен для расчета переходных процессов. Он обеспечивает расчет всех параметров по времени при переходе двигателя с одного заданного режима на другой. Режимы работы двигателя и законы управления могут быть любыми.
Коэффициенты влияния. В этом модуле производится линеаризация зависимостей, и рассчитываются таблицы, каждый элемент которых показывает на сколько процентов изменится отклик при изменении фактора на один процент. В качестве факторов может быть использован любой параметр, входящий в исходные данные, а в качестве откликов любой параметр из рабочего массива результатов.
Формирование облика ГТД. Математическая модель, описанная выше, обеспечивает только поверочный расчет ГТД, поэтому все основные размеры его и характеристики должны быть заданы. Это очень удобно при доводке или модернизации, т.е. наиболее массовых расчетах в промышленности, но не применимо при закладке нового ГТД, когда требуемые данные просто не откуда взять. В этом случае необходимо начинать с формирования облика ГТД. Вместо характеристик узлов задаются постоянные значения параметров. Обычно бывают заданными тяга двигателя (или мощность, если это турбовальный двигатель) и максимальная температура газа перед турбиной. В этом случае организуется невязка по тяге (или по мощности на выводном валу), а варьируется расход воздуха через двигатель. Такое формирование облика является простейшим и применяется в основном при предварительном выборе вариантов проточной части и в студенческих проектах. В более сложных случаях, когда возможно изготовление спроектированного двигателя и необходимо получение наилучших параметров, рекомендуется использовать модуль многомерной оптимизации.
Многомерная оптимизация. Этот модуль предназначен для поиска оптимального варианта проточной части двигателя. Его использование начинается с выбора функции цели (критерия оптимизации), по которой можно судить о степени совершенства двигателя. Разработаны подробные рекомендации по ее выбору для разных типов летательных аппаратов и наземных транспортных средств. Составляется перечень параметров, которые могут изменяться в процессе поиска. Они определяют размерность задачи.. Задаются ограничения первого и второго рода, которые определяют область поиска. Для поиска используется специально разработанный алгоритм, но могут применяться и любые другие алгоритмы, описанные в литературе. В любом случае на каждом шаге поиска производится обращение к математической модели. Лучшие результаты были получены в процессе доводки проточной части, когда большинство размеров уже нельзя изменять, и поэтому снижается размерность задачи, а точность математической модели уже можно повысить за счет идентификации.
Диагностика. Этот модуль предназначен для диагностирования проточной части ГТД по термогазодинамическим параметрам в процессе эксплуатации. Алгоритм базируется на разработанной библиотеке возможных дефектов. В случае отличия измеренных параметров от эталонных перебираются все дефекты, имеющиеся в библиотеке для данного двигателя или данного экземпляра, и среди них выявляется наиболее вероятный дефект. Он обеспечивает минимальное значение суммы квадратов невязок между параметрами исследуемого и эталонного двигателя. В процессе поиска варьируется и величина исследуемого дефекта.
Идентификация. Этот модуль предназначен для повышения точности математических моделей, а также в целях диагностики конкретных ГТУ. Он может использоваться, когда уже имеются результаты измерений параметров двигателя или его отдельных узлов при эксплуатации или испытаниях. Работа алгоритма начинается с того, что по математической модели рассчитываются значения тех же самых параметров, которые были измерены, и на тех же самых режимах. Расхождения между рассчитанными и измеренными значениями параметров образуют массив невязок. Взвешенная сумма их квадратов минимизируется за счет изменения значений наименее достоверных параметров математической модели. Алгоритм минимизации эвристический. Получающаяся в результате идентификации апостериорная модель имеет большую точность, чем исходная априорная. Ее можно успешно использовать при выполнении любых расчетов с использованием перечисленных выше модулей задач. Этот модуль получил наиболее широкое распространение, так как он оказался очень эффективным при доводке и модернизации двигателей.
Расчет параметров газовой турбины. Он производится по математической модели третьего уровня сложности, которая описывает рабочий процесс в проточной части турбины, геометрические размеры которой заданы. Все параметры считаются осредненными по сечению, и все формулы записываются для среднего диаметра (средней линии тока). Пространственность потока может учитываться только поправками. Этот модуль вводится в объем поставки только по специальному соглашению. В базовой поставке используются модели второго уровня сложности.
Расчет параметров осевого компрессора. Он производится по математической модели третьего уровня сложности, которая описывает рабочий процесс в проточной части компрессора, геометрические размеры которого заданы. Все параметры считаются осредненными по сечению, и все формулы записываются для среднего диаметра (средней линии тока). Этот модуль вводится в объем поставки только по специальному соглашению.
Расчет проточной части осевого компрессора. Он производится по математической модели четвертого уровня сложности, которая описывает рабочий процесс в проточной части компрессора, геометрические размеры которого заданы на нескольких радиусах. Все параметры считаются на этих радиусах. Этот модуль вводится в объем поставки только по специальному соглашению.
Оптимизация собственных моделей. Этот модуль предназначен для поиска оптимального варианта любых математических моделей, не входящих в программный комплекс ГРАД, поэтому он всегда поставляется отдельно. Он может использоваться, когда у заказчика имеется своя адекватная математическая модель. Оптимизация начинается с выбора функции цели (критерия оптимизации), по которой можно судить о степени совершенства изделия. Данный модуль был популярен в прошлые годы, но в настоящее время на рынке появилось большое число пакетов оптимизации, некоторые из которых являются более быстрыми.
Идентификация собственных моделей. Этот модуль предназначен для повышения точности любых математических моделей, не входящих в программный комплекс ГРАД, поэтому он всегда поставляется отдельно. Он может использоваться, когда у заказчика имеется своя математическая модель и уже имеются результаты испытаний изделия, которое описывает данная модель.
ПК ГРАД пригоден для любых газотурбинных и комбинированных двигателей, а также газотурбинных установок энергетических, транспортных и обеспечивающих перекачку газа (ГПА), т.к. входящая в него математическая модель (ММ) формируется автоматически из следующих полностью автономных модулей узлов:
Используемые источники
Информация о работе Проектирование сложных элементов конструкции ГТД в САПР