Термодинамическое проектирование семейства малоразмерных газотурбинных двигателей

Приведен метод выбора параметров рабочего процесса и выполнено термодинамическое проектирование малоразмерного газотурбинного двигателя, состоящего из малоразмерного турбореактивного двигателя и газотурбинной установки с приводом электрогенератора от свободной турбины, на базе унифицированного газогенератора. Выбор рациональных значений параметров рабочего процесса малоразмерного турбореактивного двигателя и газотурбинной установки выполнен в CAE-системе АСТРА на основе нелинейной оптимизации этих параметров с учетом функциональных и параметрических ограничений. По результатам расчетов построены области локально-оптимальных параметров рабочего процесса малоразмерных газотурбинных двигателей и газотурбинной установки по критериям эффективности каждого двигателя --- удельного расхода топлива и эффективного КПД. В полученной зоне компромиссов с учетом ограничений выбраны рациональные значения параметров унифицированного газогенератора, а именно: температура газа перед турбиной и степень повышения давления в компрессоре. Получены количественные результаты ухудшения показателей эффективности семейства малоразмерных газотурбинных двигателей с унифицированным газогенератором по сравнению с двигателями с оптимальными газогенераторами. Опережающее создание унифицированного газогенератора позволяет уменьшить стоимость и сроки создания двигателей, обеспечить более высокую надежность и снизить себестоимость их производства

Литература

[1] Rybakov V.N., Kuz’michev V.S., Tkachenko A.Yu., et al. Thermodynamic multi-criteria optimization of the unified engine core for the line of turbofan engines. Proc. ASME Turbo Expo, 2016, vol. 1, pp. V001T01A035. DOI: 10.1115/GT2016-57854

[2] Hughes M.J., Perullo C., Mavris D.N. Common core engine design for multiple applications using a concurrent multi-design point approach. 50th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conf., 2014. DOI: 10.2514/6.2014-3443

[3] Bradbrook S.J. Common solutions to commercial and military propulsion requirements. 24th Int. Cong. Aeronautical Sciences, 2004.

[4] Kuz’michev V.S., Tkachenko A.Yu., Ostapyuk Ya.A., et al. Features of computer modeling of the working process of small-scale gas turbine engines. Proc. ICMSC, 2017, pp. 136--140. DOI: 10.1109/ICMSC.2017.7959458

[5] Кузьмичев В.С., Кулагин В.В., Ткаченко А.Ю. и др. Постановка задачи оптимизации параметров ТРДД с выполненным газогенератором. Вестник Самарск. гос. аэрокосм. ун-та, 2012, № 5-1, с. 165--169.

[6] Kuz’michev V.S., Rybakov V.N., Tkachenko A.Y., et al. Optimization of working process parameters of gas turbine engines line on the basis of unified engine core. ARPN JEAS, 2014, vol. 9, no. 10, pp. 1873--1878.

[7] Simpson T.W., Seepersad C.C., Mistree F. Balancing commonality and performance within the concurrent design of multiple products in a product family. CERA, 2001, vol. 9, no. 3, pp. 177--190. DOI: 10.1106/T4H4-E0AT-P6XL-0U7H

[8] Fellini R., Kokkolaras M., Papalambros P.Y. Quantitative platform selection in optimal design of product families, with application to automotive engine design. J. Eng. Des., 2006, vol. 17, no. 5, pp. 429--446. DOI: 10.1080/09544820500287797

[9] Sands J.S., Karl A.H. Modeling and simulation of common core gas turbine engine variant applications. ASME Turbo Expo, 2016, vol. 2C, pp. V02CT45A005. DOI: 10.1115/GT2016-56394

[10] Tkachenko A.Y., Kuz’michev V.S., Krupenich I.N., et al. Gas turbine engine optimization at conceptual designing. ICMMR, 2016. DOI: 10.1051/matecconf/20167701027