WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

ЗЫРЯНОВ Алексей Викторович

МЕТОД ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

АВИАЦИОННЫХ ТУРБОАГРЕГАТОВ НА ОСНОВЕ

ИНТЕГРАЛЬНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

Специальность 05.07.05 – Тепловые, электроракетные двигатели

и энергоустановки летательных аппаратов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет» на кафедре авиационных двигателей.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Гишваров Анас Саидович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент Павлов Виктор Павлович кандидат технических наук, Гребенюк Геннадий Петрович Ведущее предприятие: ФГУП УАП «Гидравлика» (г. Уфа).

Защита состоится «» _ 2008 г. в час на заседании диссертационного совета Д-212.288.05 при Уфимском государственном авиационном техническом университете (450000, Уфа-центр, ул. К. Маркса, 12, УГАТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного авиационного технического университета.

Автореферат разослан «» ноября 2008 года

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор Бакиров Ф.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современный период развития авиационной техники характеризуется высокими требованиями к ее надежности, сжатыми сроками создания и внедрения в эксплуатацию. В комплексе разнообразных задач, которые приходится решать при создании, производстве и эксплуатации изделий авиационной техники, большое место принадлежит экспериментальным исследованиям как изделий в целом, так и их элементов, систем, узлов и агрегатов.

Экспериментальные исследования проводятся на стендах и установках, представляющих собой сложные сооружения, оснащенные комплексом энергетического оборудования, топливопитания, газовоздушными коммуникациями, системами управления, контроля и измерений. Затраты на проведение экспериментальных исследований изделий авиационной техники весьма значительны и избежать их невозможно, например, при создании нового двигателя на испытания затрачивается 11000…16000 часов, наработанных в 180…230 испытаниях, поэтому остается единственное – свести их к минимуму, в частности, за счет применения методов планирования эксперимента.

В настоящее время планирование эксперимента широко используется в авиадвигателе- и агрегатостроении. При этом, как правило, при построении регрессионных моделей исследуемых процессов и характеристик изделий используются планы экспериментов, приводимые в каталогах и априорно удовлетворяющие какому-либо критерию(ям) оптимальности (как правило, критерию D-оптимальности). Однако, как показывает практика, такой подход к организации эксперимента не всегда приемлем, поскольку при моделировании (построении регрессионных моделей) выходным параметром исследуемых процессов и характеристик является не скалярная, а векторная величина:

во-первых, когда исследуется один элемент (деталь, узел изделия, агрегат и др.) или один процесс, характеризующийся несколькими выходными параметрами, например, при исследовании масел – это вязкость, кислотное число, температура вспышки, зольность; при исследовании прочности – это предел прочности, упругость, усталость, относительное сужение и удлинение, ударная вязкость, длительную прочность, жаростойкость и др.; при коррозионных испытаниях – это толщина коррозионного слоя, фазовый состав, микротвердость и т.д;

во вторых, когда проводится исследование одновременно нескольких элементов (деталей, узлов, систем и др.) или нескольких процессов, протекающих в изделии (например, на двигателе проводится одновременное снятие характеристик компрессора, турбины и камеры сгорания); при обосновании программ ускоренных испытаний авиационных турбоагрегатов типа ТГ (ТГ60/2СМ, ТГ-17 и др.) для оценки повреждаемости элементов узлов требуется знание регрессионных моделей, описывающих тепловое состояние элементов узлов, вибрацию и осевую силу, действующую на подшипник турбины, и т.д.

Причем в обоих случаях планы экспериментов, выбираемые для построения регрессионных моделей, исходя из конкретных целей проводимого исследования, могут отличаться критериями оптимальности (D-, A-, G-, Eоптимальности и др.), которые характеризуют точность оценки коэффициентов регрессионной модели, точность оценки выходного параметра и другие требования к эксперименту.

Очевидно, что при такой постановке задачи исследования дифференцированное применение планов эксперимента, выбираемых из каталога известных планов отдельно для каждой характеристики и каждой детали исследуемого изделия неэффективно, поскольку ведет к увеличению длительности и к дополнительным затратам на экспериментальное исследование. Поэтому требуется разработка нового подхода к планированию эксперимента, позволяющего получать информацию, достаточную для построения одновременно нескольких регрессионных моделей, планы которых могут отличаться как размерностью (определяемой количеством независимых факторов в регрессионной модели и ее порядком), так и реализуемыми критериями оптимальности. Такое планирование в данной работе определено как интегральное планирование эксперимента. Экспериментальное исследование проводилось на препарированном турбогенераторе ТГ60/2СМ, для которого требовалось определить зависимость факторов (параметров), определяющих повреждаемость элементов генератора, от параметров режима нагружения. Данные зависимости, в дальнейшем использовались для выбора режимов ускоренных периодических испытаний турбогенератора.

Исследования по теме диссертационной работы проводились в рамках Государственных научно-технических программ АН РБ (Темы: «Прочность, надежность и ресурс технических изделий авиа-, энерго-, и общего машиностроения» (2002-2004 гг.), «Разработка методов оценки и прогнозирования технического состояния энергетических установок» (2005-2007 гг.)) и гранта Российского фонда фундаментальных исследований (№ 06-08-00759-а).

Актуальность темы исследований отражена в Федеральной целевой Программе «Развитие гражданской авиационной техники России на 2001…2015 годы».

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка метода выбора оптимальных интегральных планов эксперимента (ИПЭ), позволяющих при исследовании авиационных турбоагрегатов получать информацию, достаточную для построения одновременно нескольких регрессионных моделей, планы которых могут отличаться количеством учитываемых в модели независимых факторов, критериями оптимальности и видом регрессионной модели.

Для достижения данной цели в работе решались следующие задачи:

1. Теоретическое обоснование метода выбора оптимального ИПЭ (определение основных понятий, обоснование показателей эффективности ИПЭ, целевых функций выбора оптимальных ИПЭ);

2. Исследование эффективности ИПЭ (влияние критериев оптимальности планов и вида целевой функции, влияние количества планов, совмещаемых в интегральном плане, и др.);

3. Разработка методики выбора оптимального ИПЭ;

4. Экспериментальная проверка эффективности методики на примере авиационного турбогенератора ТГ60/2СМ.

Научная новизна 1. Для изделий авиационной техники типа авиационных турбоагрегатов впервые показана возможность сокращения длительности и уменьшения затрат на проведение экспериментального исследования за счет применения интегрального планирования эксперимента (ИПЭ), позволяющего получать информацию, достаточную для построения одновременно нескольких регрессионных моделей, планы которых могут отличаться как размерностью, так и реализуемыми критериями оптимальности.

2. Предложенное в работе приведение критериев оптимальности планов к единой области определения позволяет проводить их сравнительную оценку и обоснованно формировать целевую функцию для оптимизации ИПЭ при экспериментальном исследовании авиационных турбоагрегатов.

3. Анализ возможных видов представления целевой функции для выбора оптимального ИПЭ (рассматривались целевые функции аддитивного, мультипликативного вида, а также целевая функция, оптимизирующая показатель робастности плана, который в теории планирования эксперимента характеризует меру близости плана по оптимальности одновременно по нескольким критериям) показал, что наиболее эффективной при исследовании авиационных турбоагрегатов является целевая функция аддитивного вида:

где еij – приведенное к безразмерному виду и нормированное значение критерия оптимальности плана эксперимента (ПЭ); m – число ПЭ, совмещаемых в ИПЭ; nj – число критериев, по которым проводится оптимизация j-го ПЭ в ИПЭ; j - коэффициент значимости j-го ПЭ, обусловленный точностью контроля выходного параметра “y” j-й регрессионной модели, для построения которой проводиться эксперимент ( T 2, где 2 - дисперсия y; T – константа, выy бираемая из условия получения наиболее удобных значений, например, чтобы Согласно (1) оптимизация ИПЭ проводится, в первую очередь, для моделей с более точной оценкой выходного параметра.

Целевая функция (1) в 1,4…1,6 раз превосходит по эффективности целевую функцию в виде показателя робастности плана, характеризующего в теории планирования эксперимента меру близости ПЭ по оптимальности одновременно по нескольким критериям.

4. Установлено, что наибольший эффект, в плане сокращения объема эксперимента, достигается при совмещении в ИПЭ D-оптимальных планов, а наименьший – при совмещении G-оптимальных планов.

5. Разработаны алгоритмы и программное обеспечение по численной оценке критериев эффективности планов и оптимизации ИПЭ при экспериментальном исследовании авиационных турбоагрегатов.

Практическая значимость. Поскольку при исследовании любого изделия (его процесса, характеристики и т.д.) зависимости выходных параметров (функций отклика) от независимых факторов, влияющих на выходные параметры, могут быть представлены в виде регрессионных моделей, то данный метод ИПЭ применим для любых технических систем, включая изделия авиационной техники (ГТД, турбонасосные установки, генераторы и т.д.). В этом заключается универсальность разработанного метода планирования эксперимента, обеспечивающего сокращение длительности и материальных затрат на проведение экспериментальных исследований.

Методы исследования и аппаратура. Полученные автором результаты базируются на использовании методов теорий: моделирования, прочности, исследования операций, планирования эксперимента, эффективности, системного анализа, воздушно-реактивных двигателей и др.

В работе использовались стенд ФГУП УАП «Гидравлика», предназначенный для экспериментального исследования авиационных турбоагрегатов и включающий системы подачи сжатого воздуха и обогрева испытательного бокса, пульт управления, измерительную аппаратуру (потенциометры КСП-4 с хромель-копелевыми термопарами, измеритель вибрации ИВ-Д-ПФ, манометры МТИ, ТЭН для нагрева рабочей жидкости и др.), а также специально препарированный для целей исследования турбогенератор ТГ60/2СМ.

Исследование эффективности ИПЭ проводилось численным методом на основе разработанных алгоритмов и программного обеспечения по расчетному определению показателей эффективности и нелинейной оптимизации ПЭ.

Основные результаты исследования, выносимые на защиту:

1. Теоретически обоснованный метод выбора оптимального интегрального плана эксперимента (ИПЭ).

2. Результаты исследования эффективности ИПЭ в зависимости от различных факторов (вида целевой функции, количества планов, совмещаемых в ИПЭ и др.), а также показатель эффективности и критерий, оптимизирующий ИПЭ.

3. Методика выбора оптимального ИПЭ.

4. Результаты экспериментального исследования авиационного турбогенератора ТГ60/2СМ с применением ИПЭ.

Обоснованность и достоверность результатов исследования.

Достоверность проведенных в работе исследований подтверждена использованием при разработке методики выбора оптимальных интегральных планов эксперимента, апробированных на практике методов и алгоритмов матричного исчисления, регрессионного анализа, а также совпадением результатов ИПЭ, с известными планами, приводимыми в каталогах и других источниках.

Результаты работы прошли апробацию на многочисленных Международных, Всероссийских и Республиканских научно-технических конференциях и опубликованы в печати.

Внедрение. Результаты работы внедрены в виде методики экспериментального исследования авиационных турбоагрегатов в ФГУП УАП “Гидравлика”.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на МНТК "Проблемы и перспективы развития двигателестроения", Самара, СГАУ, 2003; МНТК "VII Королевские чтения", Самара, СГАУ, 2003; МНТК «Проблемы современного машиностроения», Уфа, УГАТУ, 2004; РНТК "Инновационные проблемы развития машиностроения в Башкортостане", Уфа, АН РБ, 2003; МНТК "Рабочие процессы и технология двигателей" КГТУ, Казань, 2005; РНТК «Современные проблемы расчета, проектирования и производства авиационно-ракетной техники», Уфа, УГАТУ, 2006 и др.

Публикации. Результаты исследований отражены в 19 публикациях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и списка литературы (100 наименований).

Основная часть работы содержит 116 страниц, 26 иллюстраций, 21 таблицу.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность работы, формулируются ее задачи, отмечаются новизна и практическая значимость результатов.

Первая глава диссертации посвящена анализу состояния проблемы по экспериментальным исследованиям изделий авиационной техники с применением планированного эксперимента. Рассмотрены основные этапы, цели и задачи экспериментальных исследований изделий авиационной техники, основные требования и пути повышения их эффективности, включая широкое внедрение методов планирования эксперимента.

Отмечены преимущества планированного эксперимента по сравнению с традиционными методами проведения экспериментальных исследований, которые, в основном, сводятся к следующему:

1) меньший объем эксперимента или более высокая точность результатов исследования при неизменном объеме эксперимента;

2) возможность варьирования в эксперименте одновременно несколькими факторами, вместо изучения влияния каждого из факторов в отдельности при постоянстве всех остальных;

3) проведение эксперимента в отдельных (интересующих исследователя) точках (интервале или области) вместо снятия полной характеристики исследуемого процесса;

4) представление результатов эксперимента в виде многофакторной регрессионной модели с целью дальнейшей оптимизации исследуемого процесса.

Отмечено, что существует широкий круг задач как для авиационных ГТД так и для авиационных турбогенераторов (рис.1), при решении которых требуется построение одновременно нескольких регрессионных моделей, планы которых отличаются размерностью и реализуемыми критериями оптимальности.

Применение в данном случае планов эксперимента, приводимых в каталогах, ведет к значительному увеличению объема и длительности экспериментального исследования.

Решением проблемы в данном случае является переход к интегральному планированию эксперимента, под которым понимается планирование эксперимента, позволяющее получать информацию, достаточную для построения одновременно нескольких регрессионных моделей, планы которых могут отличаться как размерностью (обусловленной числом независимых факторов в модели и видом самой модели), так и реализуемыми критериями оптимальности.

характеристика турбины;

характеристика компрессора.

К Т Т Т РЖ СМ УПЛ К

РЖ ГЕН Б ВХ ОХЛ

где Gв. пр. – приведенный расход воздуха, n пр. – приведенная частота вращения ротора, M – число Маха, H – высота, Tг – температура газа за турбиной, S – скольжение роторов, Fa – осевая сила, J – вибрация, Tрж.– температура рабочей жидкости, Nген – мощность загрузки генератора, Gохл – расход охлаждающего воздуха, mдб - дисбаланс На основании проведенного анализа сформулированы основные задачи, решаемые в диссертационной работе.

Во второй главе рассмотрены теоретические основы выбора оптимального интегрального плана эксперимента.

Проанализированы критерии оптимальности, используемые в теории планирования эксперимента и разделенные на три группы:

критерии, связанные с точностью оценки констант регрессионной модели Y=BX, где Y – вектор выходных параметров модели (отклик), X – матрица независимых факторов, B – матрица коэффициентов модели;

критерии, связанные с ошибкой в оценке выходного параметра модели (функции отклика Y);

критерии, характеризующие эффективность планирования в целом.

Первую группу критериев образуют критерии A-, D-, E- оптимальности (KА, KD, KЕ) и критерий ортогональности (K).

Вторую группу критериев образуют критерии G- и Q- оптимальности (KG, KQ), ротатабельности (Kрот), максимума точности оценки координат экстремума (Kd) и униформности (Kун).

Третью группу критериев образуют критерии робастности (Kроб), насыщенности (Kнас), компактности экспериментальной информации (Kкэи).

Отмечено, что связь между критериями является сложной и неоднозначной: требования по различным критериям, как правило, противоречивы по отношению друг к другу, например, стремление оптимизировать план по критерию D-оптимальности ведет к снижению его эффективности по Еоптимальности; стремление оптимизировать план по критерию Gоптимальности ведет к снижению его эффективности по критерию насыщенности и т.д.

Показано, что для решения поставленных в диссертации задач наибольший интерес представляет критерий робастности плана, характеризующий меру близости плана одновременно по нескольким критериям оптимальности. Однако построение таких планов возможно только для простых моделей и поэтому требуется иной подход к решению поставленной в диссертации задачи.

Далее в работе рассмотрены критерии эффективности ИПЭ, обусловленные спецификой интегрального планирования и характеризующие насыщенность ИПЭ показателем Kн. инт – числом планов из совокупности 1, 2,…, j, j 1, m совмещаемых в i-ых ИПЭ инт.i ( i 1, mинт ; mинт m):

(2) где N i ( j ) – объем эксперимента в i-м ИПЭ в j-м ПЭ, при котором обеспечивается оптимум i-го ИПЭ. В целом для ИПЭ эффективность характеризуется насыщенностью: K н.инт max K н.инт.i.

Согласно (2) чем больше ПЭ совмещены в ИПЭ, тем выше значение н.инт Для i-ой совокупности mинт. ИПЭ суммарный объем эксперимента минимален при:

При этом каждый j план характеризуется своим набором критериев оптимальности (KD, KA, KE, KG и др.) и вектором параметров.

В теории планирования эксперимента оптимизация плана связана с дисперсионной матрицей С(), например, минимизируя след которой выбирается A-оптимальный план и т.д.

В процессе выбора оптимального плана в большинстве случаев задача минимизации дисперсионной матрицы плана С() однозначного решения не имеет, поэтому рассматривают задачу минимизации некоторого функционала Ф, заданного на множестве дисперсионных матриц, т.е. решают задачу поиска плана * min Ф[ C ( ) ] на фиксированном множестве планов G. При этом предполагают, что: min Ф[ C ( ) ].

Основными свойствами, которыми обладают практически все функционалы Ф, имеющие статистический смысл, являются следующие:

монотонность Ф(С1) Ф(С2), если С1 С2;

однородность Ф(С) = ()Ф(С), где () – возрастающая функция;

выпуклость Ф[С((1-)1+2)] (1-)Ф[С(1)] + Ф[С(2)] для любых (5) Поскольку оптимизируемые планы могут отличаться как размерностью, так и критериями оптимальности, то для их сравнения и оптимизации в работе проведены приведение критериев к безразмерному виду и нормирование. В результате область определения критериев сведена к интервалу 0…1.

Далее в работе приведены целевые функции, реализующие условия выбора оптимального ИПЭ. Показано, что приемлемым для рассматриваемой задачи является аддитивный вид целевой функции (1).

Разработаны алгоритм и программное обеспечение по выбору G-оптимального плана.

В третьей главе проведено исследование эффективности ИПЭ в зависимости от различных факторов: количества планов совмещаемых в ИПЭ; вида регрессионных моделей; критериев, с учетом которых проводится оптимизация ИПЭ и др.

Исследование проводилось численным методом при следующих условиях:

число совмещаемых в ИПЭ планов варьировалось в интервале mс 2…5 (столбец 1 табл. 1);

рассматривались критерии оптимальности KD, KE, KA, KG (столбец табл. 1);

анализировались восемь видов целевой функции аддитивного вида – Ф1, Ф2,…Ф8 (столбец 3 табл. 1);

объем эксперимента варьировался в интервале N 15…30;

исследование эффективности ИПЭ проводилось на примере моделей 1го и 2-го порядка:

(6) Эффективность целевых функций оценивалась мерой близости планов ei к оптимальным ei по формуле:

В соответствии с (8) чем выше эффективность ИПЭ, тем выше значение показателя Э.

Результаты исследования графически показаны на рис. 2 и 3.

Рисунок 2 - Влияние критериев оптимальности на эффективность ИПЭ Рисунок 3 - Влияние количества планов (а), совмещаемых в ИПЭ, и числа независимых факторов на эффективность ИПЭ (б).

Исследование оптимальной области ИПЭ показало следующее:

наиболее эффективной для выбора оптимального интегрального плана эксперимента является целевая функции аддитивного вида Ф1 j e ji ; средj 1 i няя эффективность которой равна Э1=0,778. Следующей по эффективности является целевая функция Ф3 (Э3=0,762). Наименее эффективной является целевая функция Ф4 (Э4=0,225);

наиболее совмещаемыми (т.е. большее число отдельных ПЭ совмещаются в ИПЭ) являются D – оптимальные планы. Эффективность ИПЭ в 1,3 раза выше чем при совмещении G – оптимальных планов;

наибольшее влияние на эффективность ИПЭ при совмещении A-opt, Dopt, E-opt планов оказывает критерий G-opt. При этом эффективность ИПЭ уменьшается в 1,24…1,47 раза (рис 2.);

увеличение количества регрессионных моделей от m=2 до m=5 совмещаемых в ИПЭ приводит к снижению эффективности ИПЭ на 3 - 5% (рис. 3);

увеличение числа учитываемых в моделях независимых факторов ведет к снижению эффективности интегрального плана на 2 - 5% (рис. 3).

Таблица Примечание: i( j ) – i-ый план эксперимента модели j–го порядка ( j 1, 2 ); R – -ый независимый фактор модели ( 1, 6 ); Dj, Gj, Aj, – D-, G-, A-, E- критерии оптимальности плана, j 1, 5 ; j - коэффициент значимости ПЭ, обусловленный точностью контроля выходного параметра “y” j-й регрессионной модели; (D1–D2) – вариант совмещения планов 1 и 2 с учетом критериев D-opt; е – нормированное и приведенное значение критерия оптимальности (е 0... 1).

Глава 4 посвящена методике выбора оптимального ИПЭ. Особенности методики заключаются в следующем:

Перед проведением экспериментов на основании априорной информации проводят формализацию сведений об объекте исследования.

1. Исходя из цели исследования, выбирают критерии оптимальности ИПЭ.

2. Составляется перечень внешних параметров режима нагружения.

3. Выбирается вид регрессионной модели.

4. Осуществляется нормирование и преведение критериев оптимальности к единой области определения для их совместного учета в ИПЭ.

5. Формируется область реализации эксперимента, в зависимости от уровней и интервалов варьирования внешних параметров режима нагружения.

При этом, для достижения высокой эффективности ИПЭ, важно, что бы регрессионные модели, планы которых совмещаются в ИПЭ, имели совместную область реализации. Область варьирования параметров режима нагружения определяется программой регулирования. Поэтому, в общем случае, выбор плана эксперимента проводится с учетом ограничения 1-го и 2-го рода.

6. Методом нелинейной оптимизации определяют оптимальные ИПЭ.

7. Окончательное решение выбирается разработчиком плана эксперимента из области Парето-оптимальных решений.

8. Проводят эксперимент по ИПЭ.

9. По результатам эксперимента оценивают коэффициенты модели и ее адекватность по F-критерию Фишера и принимают решение о завершении или продолжении исследования.

Последовательность выбора оптимального ИПЭ приведена на рис. 4.

к единой области определения В пятой главе рассмотрен пример практического применения метода ИПЭ при построении регрессионных моделей состояния элементов авиационного турбоагрегата ТГ60/СМ (рис.5). Данный агрегат устанавливается на борту летательных аппаратов и предназначенного для питания электрической бортовой сети одно- и трехфазным переменным током стабильной частоты. Структурно он состоит из воздушного привода, генератора, маслонасоса, блока заслонок и системы регулирования.

элементов узлов генератора, для чего необходимо было знание зависимости нагруженности Рисунок 5 - Авиационный турбогенератор ТГ60/2СМ ГТ60П48АТВ Nген (r1); температура воздуха в турбину tвх (r3); частота вращения ротора турбины n (r4); давление воздуха на входе в турбину Pвх (r5); расход охлаждающего воздуха через воздушномасляный радиатор Gохл (r6); масса балансировочного груза mдб (r7).

Выходными параметрами моделей Yi = f (R1, R2,…Rn), характеризующих тепловое состояние элементов турбогенератора, являлись: температура неподвижного уплотнения на входе в турбину турбогенератора Tупл(Y1); температура корпуса генератора переменного тока ГТ60П48АТВ Tк(Y2); температура смазки подшипников генератора ГТ60П48АТВ Tсм(Y3); температура рабочей жидкости ПМС-10 Tрж (Y4).

Выходными параметрами моделей для оценки повреждаемости подшипника турбины турбогенератора являлись виброускорение J (Y5) и осевая сила Fa(Y6).

Предварительная оценка влияния перечисленных параметров на тепловое состояние элементов была проведена на препарированном турбогенераторе:

каждый параметр варьировался на двух уровнях – верхнем и нижнем, а остальные при этом выдерживались на среднем («нулевом») уровне (табл. 2).

Управление параметрами загрузки проводилось: стендовой системой загрузки генератора переменного тока (Nген 0…60 кВА); стендовой системой подогрева воздуха в боксе (tб 20…60 0C); стендовой системой подогрева воздуха на входе в турбину (tвх 200…320 0C); заслонкой, регулирующей расход охлаждающего воздуха через воздушно-масляный радиатор (Gохл 0…100 %);

стендовой системой регулирования давления воздуха на входе в турбину (Pвх 4,5…7,0 кГ/см2), балансировочными грузами (mдб 0…0,02 кг).

Загрузка генератора ГТ60ПЧ8АТВ Nген, кВт 0 30 Предварительный анализ показал, что существуют следующие зависимости:

Tсм f 3 (r1,r2,r4,r6 )=f 3 (N ген,tб,n,Gохл );

Поскольку вид функционалов f1, f2, f3, f4, f5 и f6 неизвестен, то зависимость между параметрами рассматривалась в виде полинома 2-го порядка:

Результаты выбора «D-G» оптимального ИПЭ приведены в табл. 3.

опыта r0 r1(Nген) r2(Tб) r3(Tвх) r4(n) r5(Pвх) r6(Gохл) r7(mдб) Результаты эксперимента по моделированию состояния элементов авиационного турбогенератора ТГ-60/2СМ в табл.4.

Результаты эксперимента по моделированию состояния элементов авиационного турбогенератора ТГ-60/2СМ опыта Y1(Tупл) Y2(Tк) Y3(Tсм) Y4(Tрж) Y5(J) Y6(Fa) Результаты эксперимента позволили определить значения констант bi и bij в регрессионных моделях. Оценка адекватности моделей по F –критерию показала, что они адекватны.

Для сравнения следует отметить, что раздельное проведение экспериментов по оценке констант моделей на основе традиционно применяемого подхода к проведению эксперимента потребовало бы проведения:

т.е. проведение эксперимента по плану ИПЭ требует в 4,6 раза меньше опытов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Впервые проведено теоретическое обоснование метода интегрального планирования эксперимента (ИПЭ), позволяющего получать информацию, достаточную для построения одновременно нескольких регрессионных моделей, планы которых могут отличаться как размерностью (обусловленной числом независимых факторов в модели и видом самой модели), так и реализуемыми критериями оптимальности.

2. На основании численного исследования эффективности интегральных планов эксперимента установлено следующее:

наиболее эффективным для выбора оптимальных ИПЭ является функnj ционал аддитивного вида: Ф1 j eij, средняя эффективность которого равна Ф4 exp ji exp( e ji ) (Э4 = 0,225);

наиболее совмещаемыми (т.е. большее число отдельных ПЭ совмещаются в ИПЭ) являются D – оптимальные планы. Эффективность ИПЭ в 1,3 раза выше чем при совмещении G – оптимальных планов;

наибольшее влияние на эффективность ИПЭ при совмещении A-opt, Dopt, E-opt планов оказывает критерий G-opt. При этом эффективность ИПЭ уменьшается в 1,24…1,47 раза;

увеличение количества регрессионных моделей от m=2 до m=5 совмещаемых в ИПЭ приводит к снижению эффективности ИПЭ на 3 - 5%;

увеличение числа учитываемых в регрессионных моделях независимых факторов ведет к снижению эффективности интегрального плана на 2 - 5%.

3. Впервые для сокращения объема эксперимента и снижения затрат на исследования авиационных турбогенераторов разработана методика численного выбора оптимальных ИПЭ, позволяющая до 5 раз уменьшить объем эксперимента.

4. Результаты экспериментального исследования авиационного турбогенератора позволили построить регрессионные модели. Оценка адекватности моделей по F – критерию показала, что все модели адекватны.

С помощью регрессионных моделей было проведено обоснование режимов опытных ускоренных периодических испытаний турбоагрегата. При этом повысился уровень эквивалентности по повреждаемости элементов, узлов турбоагрегата по сравнению с серийной программой ускоренных испытаний.

Выбранные уровни форсирования параметров режима нагружения в ускоренных испытаниях позволили в 4 раза сократить длительность периодических испытаний по сравнению длительными эксплуатационными испытаниями.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

публикации в изданиях, рекомендованных ВАК 1. Зырянов, А.В. Многофакторная оптимизация экспериментов при разработке моделей динамики авиационных ГТД. / А.С. Гишваров, А.В. Зырянов, М.А. Максимов //Вестник СГАУ.– Самара: изд. СГАУ, 2003, – С. 449-456.

2. Зырянов, А.В. Математическое моделирование изделий авиационной техники совмещенным планированием эксперимента. / А.В. Зырянов, А.Г. Хлескин // Известия вузов. Авиационная техника. – Казань: изд. КГТУ, 2006, №1, – С.26-29.

публикации в научных сборниках 3. Зырянов, А. В. Оптимальное планирование эксперимента в задачах экстраполяции характеристик авиационных ГТД. / М.А. Максимов, А.В. Зырянов //Вопросы теории и расчета рабочих процессов тепловых двигателей: Межвузовский научный сборник, вып. 20. – Уфа, изд. УГАТУ, 2003. – С. 113 – 119.

4. Зырянов, А. В. Векторная оптимизация эксперимента при моделировании характеристик технических систем. / А.С. Гишваров, М.А. Максимов, Чин Сыси., А.В. Зырянов, В.С. Габдуллин //Вопросы теории и расчета рабочих процессов тепловых двигателей: Межвузовский научный сборник, вып. 20. – Уфа, изд. УГАТУ, 2003. – С. 105 – 112.

публикации в трудах международных конференций 5. Зырянов, А.В. Особенности моделирования процессов изнашивания и изменения надежности узлов двигателей. // А.С. Гишваров, А.В. Зырянов, М.А.

Максимов /Сб. тр. Межд. науч. техн. конф. посв. памяти Н.Д. Кузнецова – Самара: изд. СГАУ, 2003. – С. 136 – 137.

6. Зырянов, А.В. Оптимизация планирования эксперимента с учетом материальных и временных затрат. / А.С. Гишваров, М.А. Максимов, Чин Сыси., А.В. Зырянов // Сб. тр. Межд. науч. техн. конф. «VII Королевские чтения» – Самара: изд. СГАУ, 2003. – С. 100 – 101.

публикации в трудах всероссийских конференций 7. Зырянов, А.В. Повышение эффективности экспериментального исследования изделий авиационной техники при математическом моделировании рабочих процессов и характеристик / А.В. Зырянов, А.Г. Хлескин, Е.А. Могильницкий // Мавлютовские чтения. Современные проблемы расчета, проектирования и производства авиационно-ракетной техники: Сб. тр. Всерос. науч. техн. конф.

– Уфа: изд. УГАТУ, 2006, – С. 100–105.

8. Зырянов, А.В. Оптимизация многофакторного исследования динамических процессов изделий авиационной техники / А.В. Зырянов, Г.К. Агеев, Е.А.

Могильницкий // Мавлютовские чтения. Современные проблемы расчета, проектирования и производства авиационно-ракетной техники: Сб. тр. Всерос. науч. техн. конф. – Уфа: изд. УГАТУ, 2006, – С. 105–111.

МЕТОД ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

АВИАЦИОННЫХ ТУРБОАГРЕГАТОВ НА ОСНОВЕ

ИНТЕГРАЛЬНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

Специальность 05.07.05 – Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов диссертации на соискание ученой степени Подписано к печати 14.11.2008 г. Формат 6084 1/16.

Бумага офсетная.Печать плоская. Гарнитура Times New Roman.

Усл. печ. л. 1,0.Усл. кр-отт. 1,0. Уч.-изд. л. 0,9.

ГОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет

 


Похожие работы:

«Грановский Андрей Владимирович РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫХ СТУПЕНЕЙ ОХЛАЖДАЕМЫХ ГАЗОВЫХ ТУРБИН Специальность 05.04.12 – Турбомашины и комбинированные установки АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук Москва – 2011 Работа выполнена в Московском Энергетическом Институте (Техническом университете) Официальные оппоненты : доктор технических наук профессор Зарянкин А. Е. доктор технических наук...»

«САГИРОВ Сергей Николаевич МЕХАТРОННЫЙ КОМПЛЕКС ЭКСТРУЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛИМЕРОВ Специальность 05.02.05 – роботы, мехатроника и робототехнические системы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Владимир - 2012 www.sp-department.ru Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых доктор технических наук, Научный руководитель : профессор Малафеев С.И.,...»

«Рыбалко Андрей Иванович РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В ДВИГАТЕЛЕ СТИРЛИНГА, ПРЕДНАЗНАЧЕННОМ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ БРОСОВОЙ ТЕПЛОТЫ 05.04.02 - Тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Барнаул - 2011 1 Работа выполнена в ОАО 15 центральный автомобильный ремонтный завод Научный руководитель : доктор технических наук, профессор Кукис Владимир Самойлович Официальные оппоненты : доктор технических наук,...»

«Воркуев Дмитрий Сергеевич ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И КАЧЕСТВА СБОРКИ ИЗДЕЛИЙ С ГРУППОВЫМИ РЕЗЬБОВЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ НА ОСНОВЕ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ С ПАССИВНОЙ АДАПТАЦИЕЙ Специальность 05.02.07 Технология и оборудование механической и физико-технической обработки Специальность 05.02.08 Технология машиностроения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук Рыбинск Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Ковровская государственная...»

«КАМИНСКИЙ СТАНИСЛАВ ГЕННАДЬЕВИЧ РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ВИБРОДИАГНОСТИРОВАНИЯ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДНЫХ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (Нефтегазовая отрасль) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа – 2004 2 Работа выполнена в ООО Татнефть - РЭТО ОАО Татнефть и в Уфимском государственном нефтяном техническом университете. Научный руководитель доктор технических наук,...»

«Ломакин Георгий Викторович СНИЖЕНИЕ ТЕПЛОМЕХАНИЧЕСКОЙ НАГРУЖЕННОСТИ И ИЗНОСА НАПРАВЛЯЮЩЕГО ПРЕЦИЗИОННОГО СОПРЯЖЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕМ КОНСТРУКЦИИ РАСПЫЛИТЕЛЯ ТОПЛИВНОЙ ФОРСУНКИ ДИЗЕЛЯ 05.04.02 – Тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Челябинск – 2011 Работа выполнена в национальном исследовательском университете ГОУ ВПО Южно-Уральский государственный университет. Научный руководитель – доктор технических наук, доцент...»

«Демьянов Владимир Александрович РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ЭКОЛОГИЧНЫХ ПОВОРОТНО - ЛОПАСТНЫХ ГИДРОТУРБИН Специальность 05.04.13 - Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург - 2013 Работа выполнена в ОАО Силовые машины. Научный руководитель : доктор физико-математических наук, профессор, член - корреспондент РАН, Петреня Юрий Кириллович. Официальные оппоненты...»

«Малкин Илья Владимирович Разработка технических средств снижения шумовых излучений системы газообмена двигателя легкового автомобиля 05.04.02 - Тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва - 2014 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Тольяттинский государственный университет на кафедре Управление промышленной и экологической безопасностью. Научный...»

«Хованов Георгий Петрович ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГИДРОФОБНОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ КАЧЕСТВА И ОТДЕЛЬНЫЕ ВИДЫ ПОТЕРЬ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ 05.04.13 – Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2012 2 Работа выполнена на кафедре Гидромеханики и гидравлических машин Национального исследовательского университета МЭИ Научный руководитель : доктор технических...»

«Демьянова Елена Владимировна РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ УСТАНОВКИ ПЛОСКИХ УПЛОТНЕНИЙ В СТЫК СОЕДИНЕНИЙ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ Специальность 05.02.08 – Технология машиностроения Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2007 Работа выполнена на кафедре технологии машиностроения в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Ковровская государственная технологическая...»

«СВИСТУНОВ Антон Вячеславович МЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ КВАЗИИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА В ВИХРЕВЫХ УСТРОЙСТВАХ ДРОССЕЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ ГАЗОВ Специальность 05.04.13 – Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа - 2012 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет на кафедре прикладной гидромеханики. Научный руководитель : доктор технических наук, профессор...»

«Пирогов Дмитрий Андреевич РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ УСТРОЙСТВА ВЫРАВНИВАНИЯ НАТЯЖЕНИЯ НИТЕЙ ОСНОВЫ ПО ШИРИНЕ ЗАПРАВКИ НА МЕТАЛЛОТКАЦКИХ СТАНКАХ ТИПА СТР Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (легкая промышленность) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Иваново - 2012 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Ивановская государственная...»

«Рабецкая Ольга Ивановна УЛУЧШЕНИЕ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК РАДИАЛЬНЫХ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ Специальность: 05.02.02 – Машиноведение, системы приводов и детали машин АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Красноярск – 2008 2 Работа выполнена в федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет и Институте вычислительного моделирования СО РАН. Научный руководитель :...»

«Макарова Ирина Анатольевна АНАЛИЗ И СИНТЕЗ ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ В СОРБЦИОННЫХ СИСТЕМАХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ Специальности: 05.02.22 – Организация производства (строительство) 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (строительство) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2010 –2– Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального...»

«УДК 621.771.065 Кандидат технических наук ТАРТАКОВСКИЙ ИГОРЬ КОНСТАНТИНОВИЧ РАЗВИТИЕ И СОЗДАНИЕ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ И НАДЕЖНЫХ СТАНОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ГОРЯЧЕКАТАНЫХ БЕСШОВНЫХ ТРУБ Специальность 05.02.13 — Машины, агрегаты и процессы (металлургическое производство) ДИССЕРТАЦИЯ в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук Москва, 2009г. Научный консультант : доктор технических...»

«Сахаров Александр Владимирович УСТАНОВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СТАНКОВ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ОБОСНОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРОГРАММЫ Специальность 05.02.07 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва - 2012 2 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования...»

«Вашурин Андрей Сергеевич Разработка методики и оценка пассивной безопасности кузовов из многослойных панелей вахтовых автобусов Специальность 05.05.03 – Колесные и гусеничные машины АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Нижний Новгород 2014 Работа выполнена на кафедре Автомобили и тракторы Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева. Орлов Лев Николаевич Научный руководитель : доктор технических наук,...»

«КРУСАНОВ Виктор Сергеевич РОБОТИЗИРОВАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛОКАЛИЗАЦИИ И ДЕЗАКТИВАЦИИ РАДИОАКТИВНЫХ ПРОСЫПЕЙ И ПРОЛИВОВ Специальность 05.02.05 – роботы, мехатроника и робототехнические системы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2005 Работа выполнена в ГОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный политехнический университет Научный руководитель : -доктор технических наук, старший научный сотрудник Маленков Михаил Иванович...»

«Ушаков Николай Александрович СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СПОСОБОВ ЗАЩИТЫ ГИДРОСИСТЕМ КОЛЁСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН ОТ АВАРИЙНОГО ВЫБРОСА РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ 05.05.03 – Колёсные и гусеничные машины Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Волгоград- 2014 2 Работа выполнена на кафедре Технологические процессы и машины в Волжском институте строительства и технологий (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего...»

«ГОЦЕЛЮК ТАТЬЯНА БОРИСОВНА ИССЛЕДОВАНИЕ РОСТА НЕСКВОЗНЫХ ТРЕЩИН В ЭЛЕМЕНТАХ АВИАЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ 05.07.03 – прочность и тепловые режимы летательных аппаратов Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск – 2010 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Новосибирский государственный технический университет и в Федеральном государственном унитарном предприятии Сибирский...»








 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.