Том 19, № 2 (2020)

Приведена математическая постановка задачи синтеза образа сложных жгутов как составной части бортового комплекса оборудования летательных аппаратов. Данная задача возникает при проектировании бортовой кабельной сети отдельно взятого летательного аппарата. Описывается язык, который используется при формировании основы прикладных методов синтеза структур совокупности объектов, абстрагируясь от их конкретной природы, но учитывая их взаимное расположение и свойства, характеризующиеся различными признаками. Поставлена задача синтеза сложного жгута в замкнутой форме и предложен алгоритм её решения. Составлена матрица соотношений между совокупностью объектов и множеством их признаков. Применительно к простым жгутам бортовой кабельной сети введены признаки и описаны их качественные значения, характеризующие многообразие и сложность исследуемых объектов. На примере десяти простых жгутов кабины произвольного летательного аппарата приведён пример составления матрицы соотношений объектов и признаков, ранжированных в определённом порядке. На основе алгоритмов сравнения значений признаков сформулирован вывод об агрегировании объектов в классы, среди которых объединение простых жгутов в сложный наиболее целесообразно.

Основным способом повышения эффективности газотурбинных двигателей является увеличение параметров цикла. Однако рост степени повышения температуры и давления по тракту двигателя приводит к усилению тепловой нагрузки на лопатки соплового аппарата турбины, что значительно снижает ресурс. Задача сохранения ресурса особенно важна для малоразмерных газотурбинных двигателей, поскольку их ограниченные габариты не позволяют реализовать многие мероприятия по охлаждению лопаток соплового аппарата. В сложившихся условиях возрастает роль контроля тепловой нагруженности элементов таких двигателей, что ужесточает требования к точности управления по основным регулируемым параметрам (оборотам ротора двигателя и температуре газа за турбиной). Повышение качества управления в современных газотурбинных двигателях решается за счёт использования бортовых математических моделей двигателя. Рабочие процессы, описываемые такими моделями, характеризуются быстротечностью и значительным перерегулированием, что предъявляет высокие требования к точности моделирования. Однако вопросы точного и в то же время ресурсосберегающего расчёта быстропеременных процессов изменения оборотов ротора и температуры газа за турбиной остаются малоизученными. В работе использовались нейросетевые методы для моделирования нестационарных режимов малоразмерных газотурбинных двигателей. С использованием данных, полученных в результате огневых испытаний двигателя JetCat P-60, создана его регрессионная нейросетевая модель. Главным вопросом, возникшим при создании модели, было описание динамики быстропеременных процессов с ярко выраженным перерегулированием. Для этого была проведена модификация архитектуры классической LSTM сети, суть которой сводилась к добавлению функциональной зависимости выходного узла от тензора памяти. Это позволило сделать размер памяти независимым от количества выходов модели и тем самым повысило точность моделирования. Разработанной архитектуре было предложено новое название – VMLSTM сеть. В результате сравнения с традиционной сетью Элмана и классической LSTM сетью разработанная VMLSTM сеть показала наименьшее значение средней ошибки при сопоставимом количестве изменяемых параметров модели. Кроме этого, в отличие от существующих нейросетей, разработанная сеть продемонстрировала возможность моделирования забросов температуры газа за турбиной в моменты изменения режима работы двигателя. Разработанная архитектура нейросети повысила достоверность моделирования динамики малоразмерного газотурбинного двигателя как объекта управления, что в условиях экономного использования вычислительных ресурсов открыло возможности её применения в бортовых электронно-вычислительных машинах.

Методом конечных элементов с использованием объёмной модели (3D-модели) деформации пакета редактора «Ansys» выполнено решение задачи о циклическом сжатии многослойного многопролётного гофрированного пакета с учётом его пластической деформации, сложного закона её распространения и взаимных упругих проскальзываний с сухим трением по вершинам гофров и в локальных областях в вершинах гофров по лентам пакета, справедливое для любой геометрической формы гофра. Это решение можно рассматривать как вторую часть общей сложной нелинейной задачи о циклическом сжатии многослойного многопролётного гофрированного пакета с сухим трением на контактных поверхностях. Полученное решение позволяет построить любые процессы загрузки в поле упругогистерезисных петель пакета. Проведено сравнение упругофрикционных характеристик пакета, полученных расчётом, с экспериментальными, показавшее их хорошее совпадение. Исследовано влияние параметров гофрированного пакета на его упругофрикционные характеристики. Определён ряд свойств пакета, позволивших сделать выводы и сформулировать рекомендации, позволяющие почти во всех случаях практического использования гофрированных пакетов определиться с числом лент пакета, требуемой точностью изготовления гофров его лент, выбором геометрической формы гофров. Полученное решение может быть использовано для определения эффективности бамперного и пенальных защитных устройств при краш-испытаниях автомобиля на фронтальный и боковой удары и определения расчётным подбором оптимальных параметров этих устройств. Отдельные результаты и рекомендации работы могут быть полезными для расчётного подбора параметров демпфирующих элементов блисков, пустотелых широкохордых лопаток вентиляторов авиационных газотурбинных двигателей, кольцевых демпферов опор роторов ракетных двигателей, демпфирующие элементы которых выполнены в виде многослойных многопролётных гофрированных пакетов.

Для интеллектуальных систем диагностирования энергетических и технологических комплексов, основанных на измерении динамических параметров, необходимо обеспечивать соответствующую информативность применяемых средств измерения. Датчики и измерительная аппаратура должны обладать достаточной точностью, надёжностью, быстродействием и стабильностью характеристик. Типы датчиков для измерения динамических параметров выбираются в зависимости от структуры системы и рабочих сред. Это могут быть, например для электрогидромеханических систем указанных комплексов, датчики давления, расхода и температуры рабочих сред, перемещения подвижных элементов, вибраций корпусных деталей. Тип датчика, предусмотренного для применения в системе диагностирования, во многом определяется степенью динамичности протекающих в ней процессов. Необходимо, чтобы датчики удовлетворяли предъявляемым к ним требованиям по быстродействию. Если датчики обладают малым быстродействием, чем необходимо по динамичности процессов в электрогидромеханической системе, то это может привести к динамической погрешности измерения и ошибке в диагнозе технического состояния. В технической литературе требование по быстродействию датчиков даётся указанием на то, что оно должно быть на порядок выше, чем динамика протекающих в системе процессов. Такой подход неприемлем при выборе типа датчиков для систем диагностирования с учётом динамики процессов. Во-первых, датчиков для измерения с таким требуемым параметром может не оказаться. Во-вторых, даже если имеется датчик с близким по быстродействию с динамикой процессов в системах параметром, необходимо заранее знать, к какой динамической погрешности это может привести и как это отразится на точности системы диагностирования. В работе получена аналитически обобщённая зависимость динамической погрешности измерения параметров в электрогидромеханических системах от относительного быстродействия датчиков, которая позволяет выбрать датчик с динамической погрешностью, не превышающей заданную величину. На примере гидравлической системы вертолёта МИ-8 показан расчёт динамической погрешности измерения.

В настоящее время основное направление совершенствования камер сгорания авиационных газотурбинных двигателей и наземных газотурбинных установок связано с уменьшением концентрации вредных веществ в отработанных газах при обеспечении экономичности и эксплуатационной эффективности. Особая роль в конструктивном облике газотурбинных двигателей и газотурбинных установок отводится решению проблемы организации рабочего процесса горения, т.е. разработке малоэмиссионной системы сжигания, обеспечивающей высокую эффективность и экологическую безопасность. Таким образом, экология сегодня определяет не только облик камеры сгорания, но и двигателя в целом. Представлено обобщение результатов отработки системы малоэмиссионного сжигания топлива в различных видах камер сгорания конвертируемых (авиапроизводных) газотурбинных установок и примеры единого подхода к вопросу создания конструктивного облика малоэмиссионной камеры сгорания.