Исследования по формированию оптимального облика турбопрямоточного двигателя в составе силовой установки высокоскоростного самолёта

Авиационная и ракетно-космическая техника

Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов


Авторы

Фокин Д. Б. *, Селиванов О. Д. **, Эзрохи Ю. А. ***

Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова, ЦИАМ, Авиамоторная ул., 2, Москва, 111116, Россия

*e-mail: fokin85@ciam.ru
**e-mail: selivanov@ciam.ru
***e-mail: 30105@ciam.ru

Аннотация

Представлены результаты исследований по формированию оптимального облика силовой установки (СУ) на основе турбопрямоточного двигателя (ТПД) с тандемным расположением контуров для перспективного высокоскоростного самолета (ВС). Изложена структура основных блоков, входящих в программно-вычислительный комплекс (ПВК), используемый при расчете характеристик ВС, а также проведено тестирование разработанного блока многокритериальной многофакторной оптимизации проектных параметров СУ с ТПД в составе ВС на примере семипараметрической трехкритериальной задачи, целевыми функциями которой являлись до- и сверхзвуковые дальности полета на оптимальной высоте и потребная для прерванного-продолженного взлета длина взлетно-посадочной полосы (ВПП). Представлена процедура проведения оптимизационных исследований, направленных на формирование оптимального облика СУ, которая включает: подготовку исходных данных, параметрические исследования, оптимизацию, постоптимизационный анализ и выдачу рекомендаций. С использованием аппарата нечётких множеств и «функций оптативности» из полученного в результате оптимизации набора Парето-оптимальных решений отобраны варианты самолетов, имеющие наиболее высокий уровень привлекательности.

Ключевые слова

высокоскоростной самолет, турбопрямоточный двигатель, математическое моделирование двигателя, оптимизация параметров силовой установки, летно-технические характеристики, аппарат нечетких множеств

Библиографический список

  1. Lockheed SR-72, https://ru.wikipedia.org/wiki/Lockheed_SR-72

  2. Перспективный самолет-разведчик SR-72, https://topwar.ru/46614-perspektivnyy-samolet-razvedchik-sr-72.html

  3. Летчик-испытатель: МиГ-41 должен развивать скорость до 4,3 Маха, https://topwar.ru/40529-letchik-ispytatel-mig-41-dolzhen-razvivat-skorost-do-43-maha.html

  4. Будущее авиации. Перспективные проекты самолетов и вертолетов, https://geektimes.ru/post/278482

  5. Международный проект сверхзвукового пассажирского самолета с участием России RUMBLE, http://www.tsagi.ru/pressroom/news/3497

  6. Дружинин Л.Н., Швец Л.И., Ланшин А.И. Математическое моделирование ГТД на современных ЭВМ при исследовании параметров и характеристик авиационных двигателей // Труды ЦИАМ. 1979. № 832. – 45 с.

  7. Осипов Б.М., Титов А.В., Тунаков А.П., Хамзин А.С., Явкин В.Б. Автоматизированное проектирование двигателей: Учебное пособие. – Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2005. – 166 с.

  8. Ахметзянов Д.А., Горюнов И.М., Кривошеев И.А. и др. Термогазодинамический анализ рабочих процессов ГТД в компьютерной среде DVIGw: Учебное пособие. – Уфа: УГАТУ, 2003. – 162 с.

  9. Visser W.P.J. and Broomhead M.J. GSP: A generic object-oriented gas turbine simulation environment // Nationaal Lucht – en Ruimtevaartlaboratorium, 2000, 20 p. URL: http://hdl.handle.net/10921/839

  10. Kurzke J. Calculation of Installation Effects Within Performance Computer Programs // AGARD Lecture Series – Steady and Transient Perfor mance Prediction of Gas Turbine Engines, 1992, 19 p. (183 p.).

  11. Jeschke P., Kurzke J., Schaber R. and Riegler C. Preliminary Gas Turbine Design Using the Multidisciplinary Design System MOPEDS // Journal of Engineering for Gas Turbine and Power. 2004. Vol. 126. No 2, pp. 258-264. DOI: 10.1115/1.1639009

  12. Платунов В.С. Методология системных военно-научных исследований авиационных комплексов. – М.: Дельта, 2005. – 344 с.

  13. Луковников А.В. Концептуальное проектирование силовых установок летательных аппаратов в многодисциплинарной постановке // Вестник Московского авиационного института. 2008. Т.15. № 3. C. 34-43.

  14. Performance Prediction and Simulation of Gas Turbine Engine Operation for Aircraft, Marine, Vehicular, and Power Generation – RTO technical report, NATO TR-AVT-036 (North Atlantic Treaty Organization, Applied Vehicle Technology). February 2007.

  15. Описание программы APP (Aircraft Performance Program) по определению ЛТХ самолета, 2011, http://www.darcorp.com/Software/APP/Documents/APP_ReleaseNotes_Dec11.pdf

  16. Нечаев Ю.Н. Силовые установки гиперзвуковых и воздушно-космических летательных аппаратов. – М.: Академия космонавтики им. К.Э. Циолковского, 1996. – 213 с.

  17. Селиванов О.Д., Дулепов Н.П., Харчевникова Г.Д. и др. Поисковые исследования по формированию технического облика силовой установки сверхзвукового административного самолёта с увеличенной крейсерской скоростью // Основные результаты научнотехнической деятельности ЦИАМ (2008). – М.: ЦИАМ, 2009. С. 175-176.

  18. Деменченок В.П., Дружинин Л.Н., Пархомов А.Л. и др. Теория двухконтурных турбореактивных двигателей. – М.: Машиностроение, 1979. – 432 с.

  19. Эзрохи Ю.А. Моделирование двигателя и его узлов // Машиностроение. Энциклопедия. Самолеты и вертолеты. T.IV-21. – М.: Машиностроение, 2010. Кн. 3 «Авиационные двигатели». С. 341-356.

  20. Эзрохи Ю.А., Каленский С.М., Кизеев И.С. Оценка массовых показателей турбореактивного двухконтурного двигателя с форсажной камерой на начальной стадии его проектирования // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. № 1. С. 26-37.

  21. Соболь И.М., Статников Р.Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями. – М.: Дрофа, 2006. – 182 с.

  22. Фокин Д.Б., Исянов А.М. Исследования по формированию оптимального облика силовой установки перспективного ударного беспилотного летательного аппарата // Вестник Московского авиационного института. 2014. Т. 21. № 4. С. 132-143.

  23. Егоров И.Н., Тюленев В.П., Павленко В.Ф. Методы непрямой статистической оптимизации на основе самоорганизации и их использование в оптимизационных задачах авиационных ГТД. – Деп. ВИНИ-ТИ № 2622-В89, 1989.

  24. Egorov I.N., Kretinin G.V., Leshchenko I.A., Kuptzov S.V. IOSO Optimization Toolkit – Novel Software to Create Better Design // 9th AIAA/ISSMO Symposium on Multidisciplinary Analysis and Optimization (04 – 06 Sep. 2002, Atlanta, Georgia), www.iosotech.com/text/2002_4329.pdf

  25. Egorov I.N. Deterministic and stochastic optimization of variable axial compressor // ASME1993 International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exposition, 1993. DOI:10.1115/93-GT-397

  26. Беллман Р., Заде Л. Принятие решений в расплывчатых условиях // Вопросы анализа и процедуры принятия решений / Под ред. И.Ф. Шахнова. – М.: Мир, 1976. С.172-215.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2017