Дәріс 3: Газды турбиналық қозғағыштарды бастапқы жобалау Негізгі ұғымдар: ГТҚ-ның жаңа үлгілерін жасаған кезде шығарылатын негізгі екі есеп Өмірлік цикл кезеңдері (ӨЦ) Пайдалы әсер ГТҚ – жобалау Жобалау сапасын анықтау проблемасы Есептік режимді таңдау проблемасы Оптимизацияға жататын ГТҚ параметрлерін таңдау және оптимизациялау барысында алынған нәтижелердің сенімділігін негіздеу проблемасы Компромистік шешімдер аймағы

ГТҚ-ның жаңа үлгілерін жасаған кезде шығарылатын негізгі екі есеп Ұшу аппаратында максималды пайдалы әсермен қызмет ететін қозғалқышты жобалау; Қозғағыштың пайдалы жұмыс істеу қабілетін бүкіл өмірлік циклде (ӨЦ) сақтайтын конструкцияны қамтамасыз ету. Өмірлік цикл (ӨЦ): жобалау, конструктивтік жасалымдар, тәжірибелік өндіріс және жетілдіру, мемлекеттік сынақ, сериялық өндіріс, пайдалану, утилизация. Әрине, пайдалы әсерді жоғарлату резервтері ӨЦ-ның барлық сатылары мен кезеңдерінде табылады. Бірақта ғылыми зерттеу жұмыстары мен алдын ала жобалауды біріктіріп қолданған дұрыс деп есептелінеді. Осы екеуін алдын ала жобалау деп атайды. Дәл осы сатыда ресурстың 60%-80% жалпы шығынын анықтайтын маңызды жобалық шешімдер қабылданады. Ал, осы сатыда жұмыстарды орындау барлық ӨЦ кететін шығындардың тек 6%-10% құрайды.

ГТҚ – жобалау объектісі ретінде ГТҚ – бүгінгі күні ең кең тараған авияциялық қозғағыштарға жатады. Авияциялық ГТҚ-ның түпкілікті ерекшелігі оның ұшу аппаратынан тысқары оның қажеті жоқ. Яғни ГТҚ күрделі техникалық жүйе ҰА-ның ажырамайтын бөлігі болып табылады. Сондықтан ГТҚ-ның қажетті параметрлерін ҰА-мен сәйкестендірмей қарауға болмайды. Бүгінгі күні ГТҚ-ға негізделген қозғағыш құралдың пайдалы әсері (50%-тен астамы) қазіргі авияцияның дамуын анықтайды. Қозғағыш құралдың пайдалы әсері ГТҚ-ның техникалық параметрлеріне тікелей байланысты:

Яғни ГТҚ-ны алдын ала жобалау керек. - жанармайдың меншікті шығыны, - қозғағыштың массасы; - қозғағыштың құны - жанармайдың сағаттық шығыны, - қозғағыштың диаметрі; - тартым; - қозғағыштың тартымы; Авияциялық ГТҚ-ны жобалаудың ерекшелігі қозғағышты жобалау мерзімі ұшу аппаратын жасау мерзімінен 3-5 жылға артық. Яғни ГТҚ-ны алдын ала жобалау керек.

Сурет 1. Ұшу аппаратының 8 көрсеткіші бойынша оптимумдар Жобалау сапасын анықтау проблемасы Нақты жобалық есептердің алгоритмін жасаған кезде қашанда жүйенің ең тиімді параметрлерін (оптималды деген мағынада) іздеу қарастырылады. Авияциялық ГТҚ жүйелі түрде жасаған кезде оның пайдалы әсері ҰА айқындайтын жалғыз критеримен бағалану керек. Бірақта практика жүзінде ГТҚ-ны жобалауда оның “оптималдығы” ҰА-ның бір емес бірнеше техника-экономикалық көрсеткіштерінің комплексімен анықталады. Бұл ГТҚ-ны жобалау кезінде объективті түрде айқындалмайтын есептер бар екенін көрсетеді. Осындай көрсеткіштер ретінде қолданылатындары: Mo- ұшу массасы; C - жүкті тасымалдау кезіндегі жанармай шығыны, тонна-км бірл; Acaг - сағаттық пайдалану шығыны; Mгтк - ГТҚ мен ұшуға қажет жанармайдың жалпы массасы; Ln - үшу қашықтығы; S - ҰА-ның өмірлік циклінің құны; γ - қозғағыштың тартым күшіне келетін меншікті массасы және басқалар. к p 8..10 14..16 20..25 28..32 35..45 СПӘ менш Δy=1% y КМ Т C M0 М ҰА + ж Pменш SҰА өц gқозғ Сменш Сурет 1. Ұшу аппаратының 8 көрсеткіші бойынша оптимумдар Бұдан шығатыны ГТҚ параметрлерінің барлығына оптималды болатын бір мән жоқ, өйткен себебі ондай оптимумдардың саны көп.

Есептік режимді таңдау проблемасы Бұл проблема қозғағышқа есептеулер жүргізіліп, оптимизациялар жасауға арналған режиммен байланысты. ҰА берілген траектория бойынша (көтерілу, биіктікті алу, крейсерлік режим, төмендеу) ұшуын қамтамасыз ете отыра қозғағыш әр түрлі режимде жұмыс істейді – көтерілу кезінде максималды жүктемеде, крейсерлік режимде аз жүктемеде және т.б. Ұшуға тән бұл режимдерден басқа, ГТҚ-ны жобалаған кезде арнайы шекті режимдер зерттелінеді: максималды жылдамдықпен жерге жақын ұшқан кезде; максималды жылдамдықпен жоғары биікте ұшқан кезде; ауа қысымы төмен және температурасы жоғары болған кезде жоғары көтерілу (биіктігі H=3 км, ауа температурасы = 30 градус Цельсий бойынша тропикалық аэродромнан ұшқан кезде); жұмыс істеп тұрған/зақымданған бір қозғағышпен көтерілу/ұшу/қону. Қазіргі кезде ұзақ крейсерлік ұшуларды орындайтын дыбысқа дейінгі жылдамдықтағы жолаушы және транспорттық ұшақтарды жобалаған кезде жобалау режимі ретінде крейсерлі режимді таңдап алады.

Оптимизацияға жататын ГТҚ параметрлерін таңдау және оптимизациялау барысында алынған нәтижелердің сенімділігін негіздеу проблемасы ГТҚ параметрлерін оптимизациялаудың мақсаты белгілі үштік параметрлер - Cменш, γменш, Pменш -дің ең жақсы көрсеткіштерін табу болып табылады. ҰА үшін бұл көрсеткіштер тіркесі жақсы ПӘК төмен мәнінде қалай алынғаны маңызды емес. Бірақта жобалаушы үшін бұл маңызды. ҰА бағалау критерилерінің мәндері әрине қозғағыш құралдың бастапқы деректеріне байланысты. Олардың көп бөлігі болжамдық мәндермен анықталынады. Сондықтан бастапқы деректердің біраз бөлігі басында белгілі болғанымен олардың көбі айқын болмайды. Жоғарыда есептер көп критерилі болатындығын көрстекенбіз, енді бұған бастапқы деректердің айқынсыздығын қосуға болады. Енді осыдан барып, ГТҚ параметрлерінің оптимизациялау есебі көп векторлы сипат алатындығын байқаймыз. Көп векторлы есептерді оптимзациялау және ГТҚ параметрлерін таңдауды әдетте компромистер аймағын анықтаудан бастайды. 2 параметрлік әне 2 критерилік есепті мысалға ала отырып компромистік аймақты төмендегіде көрсетуге болады:

Оптимизацияға жататын ГТҚ параметрлерін таңдау және оптимизациялау барысында алынған нәтижелердің сенімділігін негіздеу проблемасы Сурет 2. ГТҚ-ның 2 параметрі бойынша компромистік шешімдер аймағы

Компромистік шешімдер аймағын анықтау Компромистік шешімдер аймағы – ол әр түрлі критерилер бойынша оптималды парметрлер жиындарының қиылысы болып табылады. Одан кейін арнайы әдістермен базалық аймақтарды қарама-қарсы бағытта жылжытатын етіп бастапқы деректер мәндерінің тізбегін анықтайды. Бұндай түрлендірулердің мақсаты бастапқы деректердің айқынсыздығын азайтып, оптималдық шешімдердің дәл мәндерін анықтау болады. Гарантиялы компромистер аймағы – ол r-критерилер бастапқы деректердің (q) айқынсыздығыны жиындарының қиылысуы болады.

Оптимизациялық принциптер Компромистік аймақты анықтағаннан кейін оған әр түрлі жобалық шектеулер қойылады. Компромистік аймақтың ішіндегі параметрлердің тізбегі әр түрлі оптимизациялық принциптердің негізінде анықталынады: минимаксті (Сэвидж принципі); орталарды минимизациялау (Лаплас принципі); максималды және минималды мәндердің орта арифметикалық мәндерін минимизациялау (Гурвиц принципі).

Осындай әдіспен таңдап алынған жұмыс ГТҚ-ның мәндері ГТҚ бойынша “Техникалық ұсыныстың”. Бұл өз кезегінде қозғағыштың бөліктерін жобалауға техникалық тапсырма (ТТ) болып табылады. Негізгі әдебиеттер: 1 нег. [3-10] Қосымша әдебиетер: 3 қос. [3-4] Бақылау сұрақтары: ГТҚ – жобалау объектісі ретінде қалай қарастырылады? Жобалау сапасын анықтау проблемалары? Есептік режимді қалай таңдайды? Компромистік шешімдер аймағы дегеніміз не? Компромистік аймақтың ішіндегі параметрлер тізбегі қалай анықталады?