Шимановська Наталя Анатоліївна. Формування моделей температурного і напруженого стану деталей для систем моніторингу виробітку ресурсів двигунів багаторежимних літаків

brief description

Шимановська Наталя Анатоліївна. Формування моделей температурного і напруженого стану деталей для систем моніторингу виробітку ресурсів двигунів багаторежимних літаків : Дис... канд. наук: 05.05.03 2008

Шимановська Н.А. Формування моделей температурного і напруженого стану деталей для систем моніторингу виробітку ресурсів двигунів багаторежимних літаків. Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.05.03 Двигуни та енергетичні установки. Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського «ХАI», Харків, 2008.
Дисертацію присвячено проблемі підвищення вірогідності й точності контролю виробітку ресурсів двигунів багаторежимних літаків на основі ідентифікації динаміки температурного й напруженого станів (ТС і НС) основних деталей.
Сформульовано вимоги до точності моніторингу ТС і НС при двох концепціях експлуатації двигунів: без пошкоджень і з допустимим рівнем пошкодження деталей. Запропоновано спрощені, моніторингові, моделі динаміки ТС і НС основних деталей на основі уявлення їх перехідних характеристик експоненціальними рядами з коефіцієнтами, які залежать від умов теплообміну. Розроблено метод ідентифікації ТС і НС деталей двигуна за моделями високого рівня, з послідовним оцінюванням коефіцієнтів рядів. Верифікація запропонованих моніторингових моделей ТС і НС підтвердила значення похибки ТС <3С і похибки НС <1%, що відповідає похибці виробітку ресурсу ~10%, суттєво меншій, ніж у відомих систем моніторингу виробітку ресурсу двигунів багаторежимних літаків.

Недостатня точність моделей ТС і НС деталей, які використовуються у сучасних системах МВР авіаційних двигунів, стримує впровадження таких систем та є основною причиною, що знижує їх ефективність. Ця проблема найбільш актуальна для двигунів багаторежимних літаків, найважливішим фактором виробітку ресурсів яких є динаміка ТС і НС деталей.
У дисертації наведено нове вирішення проблеми створення моделей (ідентифікації) динаміки ТС і НС основних деталей двигунів багаторежимних літаків.
1. Показано, що відомі моніторингові моделі ТС і НС, основані на методах перехідних характеристик і асимптотичної подібності, в умовах експлуатації багаторежимних літаків мають похибку ~15...30С за температурою та відносну похибку 5...20% за величиною напруження, що призводить до похибки в оцінюванні виробленого ресурсу ~50...100%.
2. Для двох концепцій експлуатації двигунів багаторежимних літаків (з недопущенням виникнення пошкоджень і з припустимим рівнем пошкоджень основних деталей) отримані оцінки припустимих похибок 35С для моделей ТС і 1...3% для моделей НС основних деталей, що забезпечують моніторинг виробітку ресурсу з похибкою менше 10-15%.
3. Теоретично обґрунтовано можливість створення компактних моніторингових моделей ТС на основі подання ступеневих перехідних характеристик ТС експоненціальним рядом. Показано можливість створення подібних моніторингових моделей НС при введенні розділення кожного компонента тензора температурних напружень на дві складові: пов'язану зі зміною температури та деформації елемента деталі.
Показано, що параметри експоненціального подання перехідних характеристик ТС і деформаційної складової НС залежать від рівня тепловіддачі, що задається коефіцієнтом подібності режиму двигуна за тепловіддачеюka. Наявність такої залежності уможливлює одержання перехідних характеристик на будь-яких режимах роботи двигуна.
4. Показано, що при зміні режиму двигуна перехідні характеристики ТС і деформаційної складової НС (за винятком невеликої за тривалістю початкової ділянки) можуть бути отримані зміщенням за часом відповідних характеристик при постійній тепловіддачі. Отримано нову залежність зміщення характеристик ТС від початкового та кінцевого значеньka. Отриманий результат поширено на перехідні характеристики деформаційної складової НС.
Для підвищення точності моніторингових моделей запропоновано початкову (нерегулярну) ділянку перехідної характеристики після зміни тепловіддачі описувати додатковим членом експоненціального ряду, параметри якого можуть бути знайдені методами параметричної ідентифікації.
5. Запропоновано метод ідентифікації ТС і НС деталей за моделями високого рівня, що полягає в послідовному оцінюванні коефіцієнтів експоненціального ряду, що описує перехідну характеристику. Ділянка характеристики, на якій доцільно оцінювати коефіцієнтиi-го члена ряду, починається в моментti= Т/ki, де Т тривалість 95%-ї зміни характеристики,k= 2...4.
6. Моніторингові моделі ТС і НС, створені на основі запропонованих у роботі методів, використовували при створенні системи МВР двигуна Д-436. Верифікація моніторингових моделей ТС і НС підтвердила значення похибки ТС <3С и похибки НС <1%, що відповідає похибці виробленого ресурсу ~10%, істотно меншій, ніж у відомих систем МВР двигунів багаторежимних літаків.