Устройство газотурбинного двигателя и его работа

Устройство газотурбинного двигателя и его работа

Предназначен для использования в различных наземных и водных транспортных средствах в качестве маршевого двигателя.

Научно-технические решения, применённые при разработке ГТД-1250, создали большой модернизационный потенциал изделия и обеспечивают возможности успешного внедрения:

Olympus NDT OTT

Olympus Turning Tools (Rotators) — это системы автоматизированной прокрутки роторов ГТД под различные типы газотурбинных двигателей. Устройство прокрутки роторов ОТТ (Olympus Turning Tool) — легкое и компактное устройство, позволяющее одному оператору самостоятельно, без помощников, проводить эндоскопический контроль (бороскопию) ГТД.

• Легкие, компактные системы
• Портативность
• Дает возможность осмотра проточной части двигателя одним контролером
• Система может работать с различными моделями газотурбинных двигателей
• Надежность и простота эксплуатации
• Точность позиционирования лопаток

Для систем прокрутки Olympus предусмотрен широкий диапазон специальных адаптеров-переходников. Каждый адаптер осуществляет передачу крутящего момента от прокруточного устройства к коробке приводов или валу стартера.

Оператор может выбирать параметры вращения, а так же использовать другие функции, включая отслеживание положения каждой лопатки, вызов из памяти зазора и дистанционное управление по сетевому (LAN) соединению.

Модельный ряд прокруточных систем OTT

OTT Basic — модель для стандартных приложений.

OTT Advanced — система автоматизированной прокрутки с расширенной функциональностью.

OTT F100 Advanced — аналогична по характеристикам OTT, но предназначена для двигателей F100.

OTT4 — легкая система для осмотра проточной части двигателя, предназначена для двигателей F110, F118, F402 и JT8.

«Инженера Люльку разыскать. Срочно»

Осенью 1940 года молодая и дружная команда Люльки закончила проект двигателя, получившего название РД-1. Но война смешала все планы. В августе 1941 года КБ эвакуируется на Урал, работы по двигателю закрываются. Люлька считал это решение ошибочным, писал письма руководству, ведь двигатель был готов в металле на 70% и требовался фронту. Но враг подступал к Ленинграду, и конструктору перед эвакуацией пришлось спрятать большую часть наработок на территории Кировского завода.

А когда в 1942 году стало известно, что немцы ведут работы по реактивным самолетам, о Люльке и его «ракетном» двигателе вспомнили. По требованию высшего руководства его разыскали в эвакуации на Урале, где Люлька занимался танковыми двигателями, и доставили в Москву. Вместе с отрядом саперов он лично вернулся в осажденный Ленинград и по Дороге жизни вывез драгоценные чертежи и детали РД-1.

Уже осенью 1942 года в ЦК партии был представлен проект реактивного самолета авиаконструктора Михаила Гудкова с двигателем Архипа Люльки РД-1. Однако отечественные специалисты не были готовы принять машину. Проект данного самолета не был воплощен, но старт работам в области турбореактивного двигателестроения в стране был официально дан.

После команда Люльки вошла в новый НИИ авиапромышленности, где продолжила заниматься реактивным двигателем, теперь уже в модификации С-18. В 1944 году начинается производство опытной партии. В это время в руки двигателестроителей попадают немецкие реактивные двигатели ЮМО, которые, несмотря на высокое качество, проигрывали двигателю Люльки по тяге, расходу топлива и весу. Принимается решение по установке нового двигателя на самолеты Су-11 и Ил-22.

Весна 1947 года принесла Архипу Михайловичу заслуженные плоды. 3 марта Сталин поздравил Люльку и коллектив с завершением госиспытаний первого отечественного реактивного двигателя. А 28 мая состоялся первый полет истребителя Су-11 с двигателем Люльки. Это был триумф конструктора и начало долгой дружбы с Павлом Осиповичем Сухим, практически все последующие самолеты которого оснащались двигателями АЛ.

Воздушная система запуска малоразмерного газотурбинного двигателя

• Статья
• Об авторе
• Cited By

Аннотация

Ключевые слова

Для цитирования:

Калиниченко А.И. Воздушная система запуска малоразмерного газотурбинного двигателя. Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей». 2016;(3):61-66. https://doi.org/10.38013/2542-0542-2016-3-61-66

For citation:

Kalinichenko A.I. Air starting system of small-size gas turbine engine. Journal of «Almaz – Antey» Air and Space Defence Corporation. 2016;(3):61-66. https://doi.org/10.38013/2542-0542-2016-3-61-66

В настоящее время перспективным БЛА не­обходим компактный малой массы газотур­бинный двигатель, способный к быстрому запуску и развитию высокой удельной тяги в широком диапазоне условий эксплуатации. Масса и размеры системы запуска могут со­ставлять значительную часть двигателя, в осо­бенности если требуется ускоренный многоразовый запуск.

Основными требованиями, предъявляе­мыми к системе запуска ГТД БЛА, являются:

• мгновенный или ускоренный запуск до максимального режима;
• надежность запуска в различных ус­ловиях;
• малая масса;
• компактность;
• удобство обслуживания;
• безопасность применения;
• низкая стоимость.

Существующие маршевые ГТД, имею­щие одноразовый ускоренный запуск, обору­дованы пиротехнической системой запуска, соответствующей большей части предъявляе­мых требований за исключением требований по безопасности, возможности многократного использования системы и ГТД на БЛА, а также низкой себестоимости.

В АО «Омское мотостроительное кон­структорское бюро» (АО «ОМКБ») в качестве альтернативного варианта, соответствующего указанным требованиям, разработана система воздушного запуска с непосредственной подачей сжатого воздуха на рабочие лопатки турбины.

Задача усложнена тем обстоятельством, что исходя из особенностей применения ГТД на БЛА масса системы запуска должна быть минимальной. Это накладывает ограничения на допустимый объем баллона для сжатого воздуха.

При проведении работ были поставлены следующие задачи:

• установить зависимость оборотов рас­крутки ротора от объема баллона и давления воздуха;
• рассчитать минимальную частоту рас­крутки ротора, при которой осуществляется надежный и безопасный запуск изделия;
• определить мощности турбины и ком­прессора на различных частотах вращения при их совместной работе без подачи топлива в камеру сгорания (на режимах так называемой холодной прокрутки);
• вычислить мощность, подводимую к ротору от пускового устройства.

Для отработки технических решений была изготовлена установка, позволяющая ис­пользовать металлокомпозитные баллоны типа БК-2-300С различной емкости.

В данной работе были последовательно использованы баллоны емкостью 0,007, 0,004, 0,003 и 0,002 м 3 . Воздушная система испыта­тельного стенда позволяла заряжать баллоны воздухом с давлением до 24,5 МПа. Работа по проверке запусков от воздушной систе­мы проводилась на газогенераторе двигателя ТРДД-50БЭ

Программа работ была построена таким образом, что перед каждым запуском двигателя проводилась холодная прокрутка (ХП) ротора (результаты ХП двигателя показаны на рис. 1). Полученные материалы показывают ожидае­мую качественную зависимость оборотов мак­симальной раскрутки ротора от емкости балло­на и давления содержащегося в нем воздуха.

Для количественной оценки максималь­ной частоты вращения в зависимости от объ­ема баллона (рис. 2) рассмотрено влияние объема баллона на максимальные обороты раскрутки ротора при фиксированном давлении в нем 19,6 МПа. Полученная зависимость была аппроксимирована уравнением

n_max19,6 = — 0,3401V 2 + 5,934V + 9,2326. (1)

Рис. 2. Зависимость максимальных оборотов рас­крутки от объема баллона

Для оценки влияния давления в баллоне на максимальные обороты раскрутки ротора на рис. 3 приведены указанные величины в от­носительных единицах. Здесь по оси абсцисс отложено относительное давление в баллоне р_отн = р_бал /19,6, по оси ординат — отношение частоты вращения при заданном давлении к частоте вращения при давлении в баллоне Р_бал = 19,6 МПа. По данным рис. 3 все экспериментальные точки достаточно плотно ложат­ся на линию, описываемую уравнением

Рис. 3. Зависимость частоты вращения от давления воздуха

Приведенные материалы позволяют про­гнозировать максимальную частоту раскрутки ротора при произвольных значениях объема баллона и начальном давлении воздуха.

Например, если объем баллона равен 0,0045 м 3 , а давление воздуха в нем равно 17,6 МПа, расчет по формуле (1) и (2) показы­вает, что относительная частота вращения составит n_отн = 0,914.

Выборка материалов по удачным запу­скам газогенератора от баллонов емкостью 0,007, 0,004 и 0,003 м 3 приведена в табл. 1, в нее также включены данные по одному удачному запуску от баллона емкостью 0,002 м 3 .

Экспериментальные и расчетные значения параметров, при которых обеспечивается надежный запуск

«Минус» и «плюс» мотора

Газотурбинный агрегат способен вырабатывать большой момент, а значит повышенные показатели мощности. Для охлаждения сопутствующих элементов нет каких-либо устройств, поскольку соприкасающихся поверхностей мало. В то же время, подшипников используется не много, а качество деталей свидетельствует о надёжности и безотказности агрегата.

Отрицательный аспект, это дороговизна используемых материалов при изготовлении деталей и, как следствие, немалые вложения в починку механизма. Несмотря на недостатки, конструкция постоянно дорабатывается и совершенствуется.

Газотурбинный двигатель используют в авиации, на автомобилях установку применяют как эксперимент. Это произошло по причине постоянной потребности в охлаждении газов, поступающих на лопатки турбины. Это снижает полезное действие агрегата, увеличивая потребление горючего.

Главные преимущества мотора:

• Пониженная степень загрязнения выхлопных газов;
• Починка простая и лёгкая (не содержит расходных материалов);
• Отсутствие вибрации;
• Пониженный шум при эксплуатации агрегата;
• Повышенные характеристики импульса;
• Включение и отклик на педаль акселератора без задержек;
• Повышено соотношение мощности и веса.

Танковая установка «ГТД-1500»:

Настройка адаптивных пропорционально-интегрально-дифференциальных регуляторов системы автоматического регулирования частоты вращения газотурбинного двигателя

• Аннотация
• Об авторах
• Список литературы
• Дополнительные файлы
• Cited By

Аннотация

Ключевые слова

Об авторах

Чертилин Кирилл Эдуардович, аспирант кафедры автоматических систем Института кибернетики ФГБОУ ВО «МИРЭА – Российский технологический университет»

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Ивченко Валерий Дмитриевич, доктор технических наук, профессор кафедры автоматических систем Института кибернетики ФГБОУ ВО «МИРЭА – Российский технологический университет»

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Список литературы

1. Воробьёв В.В., Киселев А.М., Поляков В.В. Системы управления в летательных аппаратах. М.: ВВИА; 2008. 203 с.

2. Методы робастного, нейро-нечеткого и адаптивного управления, под ред. Н.Д. Егупова. М.: МГТУ им. Баумана; 2001. 662 с.

3. Гольберг Ф.Д., Батенин А.В. Математические модели газотурбинных двигателей, как объектов регулирования. М.: Изд-во МАИ; 1999. 97 с. ISBN 5-7035-2215-3

4. Рудинский И.Д. Технология проектирования автоматизированных систем обработки информации и управления. М.: Горячая Линия – Телеком; 2011. 304 с. ISBN 978-5-9912-0148-3

5. Ярушкина Н.Г. Основы теории нечетких и гибридных систем. М.: Финансы и статистик; 2009. 320 с. ISBN: 5-279-02776-6

6. Будько М.Б., Будько М.Ю., Гирик А.В., Грозов В.А. Система управления мультироторным беспилотным летательным аппаратом на основе гибридного нейрорегулятора. Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2019;19(2):209–215. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2019-19-2-209-215

7. Вилесов А.В., Гуревич Е.И., Ивченко В.Д. Аналитический метод расчета и оптимизации параметров измерительных узлов автоматизированных систем контроля. Вестник концерна ПВО «Алмаз-Антей». 2015;1(13):37–42.

8. Ким Д.П. Теория автоматического управления. Многомерные, нелинейные, оптимальные и адаптивные системы. М.: Физматлит; 2016. 464 с.

9. Гутова С.Г., Казакевич И.А. Настройка параметров пропорционально интегрального регулятора с помощью метода симплекс планирования. Управление большими системами: сборник трудов. 2016;61:95–117.

10. Рутковская Д.А., Пилинский М.В., Рутковский Л.Р. Нейронные сети, генетические алгоритмы и нечеткие системы: пер. с польск. И.Д. Рудницкого. М.: Горячая линия – Телеком; 2008. 383 с. ISBN 5-93517-103-1

Дополнительные файлы

Для цитирования:

Чертилин К.Э., Ивченко В.Д. Настройка адаптивных пропорционально-интегрально-дифференциальных регуляторов системы автоматического регулирования частоты вращения газотурбинного двигателя. Российский технологический журнал. 2020;8(6):143-156. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2020-8-6-143-156

For citation:

Chertilin K.E., Ivchenko V.D. Configuring adaptive PID-controllers of the automatic speed control system of the GTE. Russian Technological Journal. 2020;8(6):143-156. (In Russ.) https://doi.org/10.32362/2500-316X-2020-8-6-143-156

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.