Оценка теплового состояния турбины ГТД с использованием нейронных сетей

Авторы

Григорьев Е. М.^*, Фалалеев С. В.^**

Самарский национальный исследовательский университет им. академика С.П. Королева, Московское шоссе, 34, Самара, 443086, Россия

*e-mail: grigory1287@gmail.com
**e-mail: falaleev.sv@ssau.ru

Аннотация

При проектировании авиационного двигателя, а также при анализе его работоспособности на переходных режимах необходимо проведение нестационарных тепловых расчетов его конструкции. Расчет с использованием полноценной термомеханической модели трудоёмок и требует больших временных затрат. Предложена методика прогнозирования теплового состояния конструкции при изменениях параметров рабочего процесса двигателя путем создания упрощенной тепловой модели и использования нейронных сетей и, в частности, трансферного обучения на примере турбины микрогазотурбинного двигателя (микроГТД). Для данной методики требуется большое количество конечно-элементных расчетов тепловых состояний деталей турбины в MATLAB с различными комбинациями граничных условий, а также ограниченный набор экспериментальных данных. Полученную тепловую модель можно использовать в составе цифрового двойника турбины. 

Ключевые слова:

газотурбинный двигатель, многослойный персептрон, трансферное обучение, тепловая карта, конечно-элементная модель, нестационарный тепловой процесс

Библиографический список

1. Эзрохи Ю.А., Каленский С.М. Идентификация математической модели ГТД по результатам испытаний // Труды МАИ. 2022. № 122. DOI: 10.34759/trd-2022-122-19

2. Эзрохи Ю.А., Хорева Е.А. Оценка влияния неоднородности входного потока воздуха на тягу газотурбинного двухконтурного двигателя // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 2. С. 99–108.

3. Клинский Б.М. Исследование влияния неоднородности потока на входе на основные параметры авиационного газотурбинного двигателя в имитируемых высотно-скоростных условиях // Вестник Московского авиационного института. 2023. Т. 30. № 1. С. 117–130. DOI: 10.34759/vst-2023-1-117-130

4. Шевченко И.В., Рогалев А.Н., Рогалев Н.Д., Комаров И.И., Брызгунов П.А. Экспериментальное исследование теплообмена в щелевых каналах охлаждаемых лопаток газотурбинных двигателей с модифицированными штырьковыми интенсификаторами теплоотдачи // Вестник Московского авиационного института. 2023. Т. 30. № 3. С. 92–100.

5. ГОСТ Р 57700.37–2021 Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения. – М.: Российский институт стандартизации, 2021. – 15 с.

6. Прохоров А., Лысачев М. Цифровой двойник. Анализ, тренды, мировой опыт / Под ред. проф. А.И. Боровкова. – М.: АльянсПринт, 2020. – 401 с.

7. Фалалеев С.В., Зрелов В.А., Щемелев В.И. Проектирование и разработка конструкции комбинированного газотурбинного двигателя // Насосы. Турбины. Системы. 2020. № 1(34). С. 39–45.

8. Григорьев Е.М., Бадыков Р.Р., Фалалеев С.В. Системы управления радиальными зазорами ТВД перспективного газогенератора // XVI Королевские чтения: Сборник материалов Международной молодёжной научной конференции, посвящённой 60-летию полёта в космос Ю.А. Гагарина (5-7 октября 2021; Самара). Самара: Изд-во ССАУ, 2021. С. 207-209.

9. Baumann M., Koch C., Staudacher S. Experimental identification of steady-state turbomachinery heat transfer using nondimensional groups // ASME Journal of Heat and Mass Transfer. 2020. Vol. 142. No. 6: 061806. Paper No. HT-19-1655. DOI: 10.1115/1.4046794

10. Baumann M., Koch C., Staudacher S. Application of Neural Networks and Transfer Learning to Turbomachinery Heat Transfer // Aerospace. 2022. Vol. 9. No. 2: 49. DOI: 10.3390/aerospace9020049

11. Riegler C. Correlations to Include Heat Transfer in Gas Turbine Performance Calculations // Aerospace Science and Technology. 1999. Vol. 3. No. 5, pp. 281–292. DOI: 10.1016/S1270-9638(00)86964-3

12. Фалалеев С.В., Бадыков Р.Р., Матвеев А.А., Григорьев Е.М. Исследование эффективности системы управления радиальными зазорами в авиационном газотурбинном двигателе // Насосы. Турбины Системы. 2022. № 4(45). С. 46–56.

13. Фалалеев С.В.. Тисарев А.Ю., Матвеев А.А., Мошков Д.Р. Моделирование системы регулирования радиальных зазоров в турбине авиационного ГТД // Проблемы и перспективы развития двигателестроения: Сборник докладов Международной научно-технической конференции (23–25 июня 2021; Самара). Самара: Изд-во ССАУ, 2021. С. 66-67.

14. Темис Ю.М., Селиванов А.В., Якушев Д.А. Термомеханическая модель конструктивно-силовой схемы газотурбинного двигателя // Авиационные двигатели.  2021. № 3(12). С. 35-44. DOI: 10.54349/26586061_2021_3_35

15. Гниздор Р.Ю., Пятых И.Н., Каплин М.А., Румянцев А.В. Разработка и исследование характеристик инженерной модели двигателя СПД–70М, работающего на ксеноне и криптоне // Вестник Московского авиационного института. 2023. Т. 30. № 2. С. 106–115. DOI: 10.34759/vst-2023-2-106-115

16. Пятунин К.Р., Отряхина К.В.. Куцев Н.М.. Ляскин А.С. Решение совместной задачи гидравлики, теплообмена и прочности на примере упрощенного фрагмента конструкции ГТД // CADFEM Review. 2019. № 6. С. 77–81.

17. Special Metals INCONEL Alloy 718, https://www.matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatGUID=94950a2d209040a09b89952d45086134

18. Riegler C. Modulares Leistungsberechnungsverfahren für Turboflugtriebwerke mit Kennfelddarstellung für Wärmeübertra-gungsvorgänge. PhD. Thesis, Universität Stuttgart, Düsseldorf, Germany, 1997.

19. Simon V., Weigand B., Gomaa H. Dimensional Analysis for Engineers. - Springer International Publishing, 2017. - 224 p.

20. JetCat PHT3 Einwellen Helikoptertriebwerk. URL: https://www.jetcat.de/de/productdetails/produkte/jetcat/produkte/hobby/pht3-4%20Getriebevarianten