Анотація до роботи:

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 3…5С 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 тепловіддачею k_a. 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 значень k_a. 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 коефіцієнти i-го члена ряду, починається в момент t_i = 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.

Публікації автора:

1. Модели температурного состояния деталей на установившихся режимах для систем учёта выработки ресурса газотурбинных двигателей / А.В. Олейник, Д.В. Крикунов, Н.А. Шимановская [и др.] // Авіаційно–космічна техніка і технологія. – 2002. – Вип. 34. – С. 133–135.

Здобувачем запропоновано безрозмірні параметри, що дозволяють у приблизних (моніторингових) моделях температурного стану деталей враховувати температурну залежність коефіцієнта теплопровідності.

2. Олейник А.В. Выбор алгоритмов мониторинга температурных напряжений в деталях на установившихся режимах для учета выработки ресурса газотурбинного двигателя / А.В. Олейник, Н.А. Шимановская // Вестник двигателестроения.– 2003.–№2.– С.78–81.

Здобувачем виконано порівняння точності моніторингової моделі напруженого стану деталей на усталених режимах.

3. Олейник А.В. Выбор алгоритмов мониторинга температуры деталей на установившихся режимах для учета выработки ресурса газотурбинного двигателя / А.В. Олейник, Н.А. Шимановская // Авіаційно-космічна техніка і технологія. – 2003.– Вип.40/5.– С.105-108.

Здобувачем виконано порівняння точності моніторингової моделі температурного стану деталей на усталених режимах.

4. Программный комплекс для эксплуатационного мониторинга выработки ресурса основных деталей авиационного двигателя Д-18Т / Д.Ф. Симбирский, А.В. Олейник, Н.А. Шимановская [и др.] // Авиационно-космическая техника и технология. – 2004.– № 7 (15).– С.145–150.

Здобувачем запропоновано ввести блоки розрахунків ТС і НС на основі ідентифікації моделей цих станів до структури алгоритмів програмного комплексу.

5. Олейник А.В. Математическая модель температурных напряжений на установившихся режимах газотурбинного двигателя для системы учета выработки ресурса / А.В. Олейник, Н.А. Шимановская // Авиационно-космическая техника и технология. – 2004.– № 8 (16).– С.95–99.

Здобувачем проведено розрахунки напруженого стану ТВТ багаторежимного двигуна, підтверджено існування подібності НС при різних поєднаннях граничних умов.

6. Олейник А.В. Структурно-параметрическая идентификация мониторинговой модели динамики температурных напряжений в критической точке узла газотурбинного двигателя / А.В. Олейник, Н.А. Шимановская // Авиационно-космическая техника и технология. – 2005.– № 9(25).– С. 32-35.

Здобувачем запропоновано моделі ТС і НС деталей з використанням асимптотичної подібності перехідних характеристик та методи їх параметризації.

7. Олейник А.В. Оценка погрешностей мониторинга выработки ресурса авиационного газотурбинного двигателя / А.В. Олейник, Н.А. Шимановская // Вестник двигателестроения.– 2006.– №3.– С. 70–74.

Здобувачем отримано оцінки припустимих похибок для моделей ТС і НС основних деталей ГТД.

8. Олейник А.В. Требования к точности мониторинга температурного и напряженного состояний основных деталей ГТД при эксплуатации с допустимым уровнем повреждения / А.В. Олейник, Н.А. Шимановская // Вестник двигателестроения.– 2007.– №3.– С. 152–155.

Здобувачем виведено формули похибки моніторингу ресурсу при експлуатації двигуна з допустимим рівнем пошкодження основних деталей.

9. Шимановская Н.А. Идентификация динамики термонапряженного состояния деталей для систем мониторинга выработки ресурса ГТД / Н.А. Шимановская // Авиационно-космическая техника и технология. – 2008.– № 8(55).– С. 125–128.

Здобувачем запропоновано метод ідентифікації (послідовне оцінювання параметрів) ТС і НС деталей.