Корреляционно-регрессионная модель расчета массы микрогазотурбинных двигателей

Авторы

Пелевин В. С.^1*, Алексенцев А. А.^{1, 2**}, Филинов Е. П.^1***

1. Самарский национальный исследовательский университет им. академика С.П. Королева, Московское шоссе, 34, Самара, 443086, Россия
2. Авиаагрегат, Заводское шоссе, 55, г. Самара, 443009, Россия

*e-mail: Pelevin_01@list.ru
**e-mail: artem2000samara@gmail.com
***e-mail: filinov@ssau.ru

Аннотация

Статья посвящена вопросу повышения точности выбора оптимальных параметров авиационных микрогазотурбинных двигателей на этапе концептуального проектирования за счет создания модели расчета массы силовой установки. На сегодняшний день уровень развития науки и техники позволяет многим предприятиям производить эффективные микрогазотурбинные двигатели. Создание модели массы двигателей для данного класса тяги обусловлено повышенным спросом на двигатели из-за расширения сфер применения беспилотных летательных аппаратов. В результате исследования была получена корреляционно-регрессионная модель расчета массы микрогазотурбинных двигателей на основе открытых данных о 125 двигателях в диапазоне тяги до 1600 Н. Это позволяет перейти к выбору оптимальных схем проектируемых летательных аппаратов с учетом массы силовой установки и топлива, согласовать летательный аппарат с существующими двигателями и уточнить исходные данные на этапе конструкторских работ. В рамках данного исследования была доказана невозможность использования существующих моделей массы из-за высокой погрешности, связанной с тем, что двигатели данной размерности не были учтены при их составлении.

Ключевые слова:

концептуальное проектирование, корреляционно-регрессионная модель, микрогазотурбинный двигатель, масса двигателя, удельный расход топлива, тяга двигателя

Библиографический список

1. Schobeiri M.T. Gas Turbine Design, Components and System Design Integration. – 2nd ed. – Springer International Publishing, 2019. – 561 p.
2. Мингазов Б.Г., Лиманский А.С., Сыченков В.А. и др. Малоразмерный ГТД для лёгкого беспилотного летательного аппарата // Актуальные проблемы и перспективы развития гражданской авиации: Сборник трудов Всероссийской научно-практической конференции (19 октября 2018; Иркутск). – Иркутск: Изд-во Иркутского филиала МГТУ ГА, 2018. С. 89–95.
3. Ланский А.М., Лукачёв С.В., Коломзаров О.В. Тенденции изменения геометрических размеров и интегральных параметров камер сгорания малоразмерных газотурбинных двигателей // Вестник Московского авиационного института. 2016. Т. 23. № 3. С. 47–57.
4. Gerend R.P., Roundhill J.P. Correlation of Gas Turbine Engine Weights and Dimensions // American Institute of Aeronautics and Astronautics. AIAA Paper 70-669, 1970.
5. Tong M., Halliwell I., Ghosn L. A computer code for gas turbine engine weight and disk life estimation // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2004. Vol. 126. No. 2, pp. 265–270. DOI: 10.1115/1.1691980
6. Karabacak M., Turan O. Turbofan engine weight estimation for preliminary design // International Journal of Sustainable Aviation. 2019. Vol. 5. No. 2, pp. 87–100. DOI: 10.1504/IJSA.2019.101745
7. Donus F., Schaber R., Schmidt K.-J., Staudacher S. Accuracy of Analytical Engine Weight Estimation During the Conceptual Design Phase // ASME Turbo Expo 2010: Power for Land, Sea, and Air (14–18 June 2010; Glasgow, UK). Volume 6: Structures and Dynamics, Parts A and B, 2010, pp. 1377-1384. DOI: 10.1115/GT2010-23774
8. Onat E., Klees G.W. A method to estimate weight and dimensions of large and small gas turbine engines. – National Aeronautics and Space Administration (NASA), Lewis Research Center. Final Report NASA-CR-159481, 1979. – 132 p.
9. Pera R.J., Onat E., Klees G.W., Tjonneland E. A method to estimate weight and dimensions of aircraft gas turbine engines. – National Aeronautics and Space Administration (NASA), Lewis Research Center. Final Report , 1977. – 47 p.
10. Титов А.В., Осипов Б.М. Универсальная математическая модель газотурбинного двигателя // Инновационная наука. 2016. № 11–2. С. 74–45.
11. Михайлова А.Б., Михайлов А.Е., Ахмедзянов Д.А. Разработка и реализация в СИМ COMPRESSOR поэлементной математической модели для оценки массы компрессора // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2014. Т. 18. № 1(62). С. 180–185.
12. Авдеев С.В. Математическая модель массы турбореактивного двухконтурного двигателя с учётом влияния конструктивной схемы и размерности // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2021. Т. 20. № 1. С. 5–13. DOI: 10.18287/2541-7533-2021-20-1-5-13
13. Филинов Е.П. Методы и средства выбора параметров рабочего процесса и схем малоразмерных турбореактивных двигателей на этапе концептуального проектирования: Дисс. ... канд. техн. наук. – Самара: Самарский национальный исследовательский университет им. академика С.П. Королева, 2019. – 149 c.
14. Политова И.Д. Дисперсионный и корреляционный анализ в эконометрике: Учебное пособие. – М.: Дело, 1998. – 248 с.
15. Lolis P., Giannakakis P., Sethi V. et al. Evaluation of aero gas turbine preliminary weight estimation methods // The Aeronautical Journal. 2014. Vol. 118. No. 1204, pp. 625–641. DOI: 10.1017/S0001924000009404
16. Lolis P. Development of a preliminary weight estimation method for advanced turbofan engines. PhD thesis. – Cranfield University, 2014. – 189 p.
17. Григорьев В.А., Ждановский А.В., Кузьмичев В.С. и др. Выбор параметров и термогазодинамические расчёты авиационных газотурбинных двигателей: Учебное пособие. – 2-е изд., испр. и доп. – Самара: Изд-во СГАУ, 2009. – 202 с.
18. Григорьев В.А., Загребельный А.О., Калабухов Д.С. Совершенствование параметрической модели массы газотурбинного двигателя со свободной турбиной для вертолетов // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 3. С. 137–143.
19. Филинов Е.П., Авдеев С.В., Красильников С.А. Корреляционно-регрессионные модели расчета массы малоразмерных авиационных газотурбинных двигателей // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 3. С. 73–81.
20. Ткаченко А.Ю., Рыбаков В.Н., Крупенич И.Н. и др. Автоматизированная система для виртуальных испытаний газотурбинных двигателей // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва. 2014. № 5-3(47). С. 113–119.