Реєстраційний номер
0825U002458, Дисертація доктора філософії
На здобуття
Доктор філософії
Дата захисту
02-07-2025
Статус
Наказ про видачу диплома
Назва роботи
Удосконалення методів визначення крутного моменту засобами, вбудованими в конструкцію авіаційних газотурбінних двигунів
Здобувач
Подгорський Костянтин Миколайович,
Керівник Єпіфанов Сергій Валерійович
Опонент Ткач Михайло Романович
Опонент Терещенко Юрій Матвійович
Рецензент Широкий Юрій Вячеславович
Рецензент Назін Володимир Іосифович
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут"
Опис
Дисертаційна робота присвячена актуальній задачі формування систем вимірювання крутного моменту, вбудованих у конструкцію газотурбінних двигунів і основаних на використанні математичних моделей, що зв’язують термопружні властивості вала з умовами роботи двигуна. Об’єктом дослідження є процес перетворення крутного моменту на валу газотурбінного двигуна в кутове переміщення елементів системи вимірювання крутного моменту, а також процес визначення коефіцієнту корисної дії вентилятора за результатами його випробувань у складі повнорозмірного двигуна з використанням вимірювача крутного моменту. Предметом дослідження є залежності, що характеризують крутну жорсткість вала вимірювача крутного моменту та залежності похибок визначення ККД вентилятора від похибок вимірювання параметрів двигуна, зокрема крутного моменту.
У роботі представлено аналіз існуючих систем вимірювання крутного моменту й на його основі визначено завдання дослідження.
Виконано аналіз похибок вимірювання крутного моменту фазометричним методом, у результаті чого складено геометричну тривимірну модель вимірювача крутного моменту, вбудованого в конструкцію вала вільної турбіни вертолітного двигуна, виявлено та детально проаналізовано структурні складові цих похибок. У результаті визначено, що найбільш значущими є похибки, зумовлені впливом температури на жорсткість валу, а також точністю забезпечення діаметральних розмірів вала й кутового положення екрана та індуктора. Для суттєвого зниження цих похибок запропоновано процедуру формування математичної моделі ВКМ, адаптація якої до характеристики конкретного двигуна виконується з використанням ідентифікації на основі методу найменших квадратів.
Розглянуто дві методики визначення ККД вентилятора за експериментальними даними: традиційна методика, основана на визначенні адіабатної та фактичної роботи стискання, та альтернативна, основана на вимірюванні крутного моменту й визначенні фактичної потужності приводу та адіабатної потужності стискання.
Сформовано методику аналізу похибок, отримано вирази для абсолютних і відносних похибок результатів розрахунку ККД і витрати повітря, які пов’язують їх із похибками вимірюваних параметрів. Ці вирази є універсальними моделями похибок визначення ККД. Отримано умову, яку має задовольняти похибка вимірювання крутного моменту, щоб забезпечити потрібну точність визначення ККД при заданій точності вимірювання тиску й температури.
Запропоновано конструктивну реалізацію вимірювача крутного моменту на валу вентилятора. Сформовано геометричну модель вала та його термопружну модель, яка на основі значень вимірюваних параметрів проточної частини дозволяє визначати граничні умови теплообміну, розподіл температур у валі, а також його крутну жорсткість, що дозволяє встановити співвідношення між вимірюваним кутовим переміщенням вала й крутним моментом.
Практичну реалізацію фазометричної системи вимірювання крутного моменту та перевірку її працездатності виконано в складі турбовальних двигунів розробки АТ «Мотор Січ»: МС-500В, ТВ3-117ВМА-СБМ1В 1 серії та ТВ3-117ВМА-СБМ1В 4Е серії. У результаті виконання комплексу робіт у складі двигуна ТВ3-117ВМА-СБМ1В 1 серії була забезпечена похибка вимірювання крутного моменту, яка не перебільшує ±15 Нˑм. Тим самим забезпечено потрібну похибку визначення крутного моменту відносно заданого значення в межах ±1%.
Наукова новизна отриманих результатів:
- суттєво вдосконалено метод визначення крутного моменту турбовальних двигунів в експлуатації на основі використання пружно-геометричної моделі в складі системи вимірювання та запропонованого підходу до аналізу похибок визначення крутного моменту, що дозволяє підвищити точність визначення крутного моменту;
- уперше запропоновано універсальні моделі похибок визначення ККД вентиляторів і компресорів під час їх випробування з метою визначення характеристик, які дозволяють прогнозувати точність визначення ККД за відомими похибками вимірювання параметрів у разі використання двох альтернативних методів визначення ККД;
- уперше отримано універсальну нерівність, що визначає вимоги до точності вимірювання крутного моменту з метою забезпечення необхідної точності визначення ККД вентиляторів і компресорів;
- уперше запропоновано структуру вимірювача крутного моменту на валу вентилятора, вбудованого в конструкцію двигуна та основаного на використанні термопружно-геометричної моделі вала, інтегрованої з моделлю граничних умов теплообміну, яка на основі подібності зв’язана з вимірюваними параметрами проточної частини двигуна, що дозволяє визначати крутний момент в усьому діапазоні режимів роботи та зовнішніх умов.
Дата реєстрації
2025-06-23
Додано/оновлено в НРАТ
2025-06-23 / 2026-07-01
