The effect of convergent-nozzle volume on transient processes in a turbojet engine.

• Autorzy: Pawlak W. I.

Warianty tytułu

PL

Wpływ objętości dyszy zbieżnej na procesy przejściowe turbinowego silnika odrzutowego.

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The effect of processes of accumulating mass and enthalpy of the working medium on the dynamics of transient processes thereof is often discussed in scientific publications on the mathematical modelling of turbine engines (treated as systems that undergo control and automatic adjustment). The paper is intended to make a comparison between findings gained from simulation carried out with two alternative models of an aircraft turbine engine (of the SO-3 type). The first model takes account of the dynamics of the processes of accumulating mass and energy of the working medium within the combustion-chamber volume and that of the convergent nozzle. The second, simplified model, neglects the dynamics of the processes of accumulating mass and energy of the working medium, since it has been assumed that it is the dynamics of the kinetic-energy accumulation in the rotor mass that predominates in various representations of transient processes. To conduct simulation-based experiments, each of the alternative models of an engine was connected to a special simulation unit, which simulated operation of fuel supply and control systems. Two rounds of experiments were carried out. The first one was intended to facilitate observations of transient processes effected with quick shifting of a control lever from the idle position to that of full thrust, and back. In the second round were observed processes resulting from changes in the critical jet area. The second, alternative model was used to investigate the effect of ever-greater hypothetical volumes of the nozzle on how the transient processes proceeded. It has been found that in the case of the SO-3 engine, low nozzle capacity remains of only slight effect on how the transient processes proceed. Hence, simplified modelling methodology is fully justified.

PL

W naukowych publikacjach na temat matematycznego modelowania silników turbinowych (traktowanych jako obiekty sterowania i automatycznej regulacji), często mówi się o wpływie procesów akumulacji masy i entalpii czynnika roboczego na dynamikę ich procesów przejściowych. W niniejszej pracy przedstawiono porównanie wyników symulacji przeprowadzonej na dwóch wariantach modelu turbinowego silnika odrzutowego typu SO-3. W pierwszym wariancie uwzględniono dynamikę procesów akumulacji masy i energii czynnika roboczego w objętości komory spalania oraz w objętości dyszy zbieżnej. W drugim, uproszczonym wariancie modelu, zaniedbano dynamikę akumulacji masy i energii czynnika roboczego, zakładając, że w obrazie procesów przejściowych dominuje dynamika akumulacji energii kinetycznej przez masę wirnika. W celu przeprowadzenia eksperymentów symulacyjnych obie wersje modelu silnika łączono ze specjalnym blokiem symulacyjnym, imitującym działanie układu zasilania i sterowania. Wykonano dwie serie eksperymentów. W pierwszej obserwowano przebiegi procesów przejściowych wywołane szybkim przestawianiem dźwigni sterowania z pozycji biegu jałowego do pozycji pełnego ciągu - i z powrotem. W drugiej serii obserwowano procesy wywołane tylko zmianami pola powierzchni przekroju krytycznego dyszy. Na drugim wariancie modelu zbadano wpływ coraz większych, hipotetycznych objętości dyszy, na przebiegi procesów przejściowych. Stwierdzono, że w przypadku silnika SO-3 mała objętość dyszy ma niewielki wpływ na przebieg procesów przejściowych, zatem uproszczona metodyka jego modelowania jest uzasadniona.

Słowa kluczowe

EN

turbine jet engine; convergent-nozzle; transient process; modelling

PL

silnik odrzutowy turbinowy; dysza zbieżna; proces przejściowy; modelowanie

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. LIII, nr 4
• Strony: 373--396
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pawlak W. I.

• Air Force Institute of Technology; Księcia Bolesława Str. 6, 01-494 Warsaw 46, PB. 96,

Bibliografia

• [1] Dobrianskij G. W., Martianova T. S.: Dinamika Aviacjonnych GTD. Mashinostrojenije, Moskwa 1989.
• [2] Identyfikacja wpływu stanu technicznego turbinowych silników odrzutowych na rozkład pola temperatury przed turbiną. Projekt badawczy KBN Nr 8T12D01421. Data ukończenia: lipiec 2003.
• [3] Korczewski Z.: Modelling Gas-Dynamical Processes within a Turbocharging System of a Marine Four-Stroke Engine. Journal of KONES Internal Combustion Engines. Warsaw -Gdynia 2001.
• [4] Olifirof F. N., Martynof W. N., Michajlof A. A., Dolgolenko G. P., Wiernyj L. I., Dmitriev W. G., Dolzenkov N. N.: Integrirovannaja Sistema Ypravlenija Silovoj Ustanovki SWWP. Wiestnik MAI, t. 3, Nr 1, 1996.
• [5] Osiński J., Pawlak W., Szot A.: Deformacja i naprężenia termiczne zewnętrznej powłoki dyszy turbinowego silnika odrzutowego. Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej. Vol. LIII, Nr 1(617), Warszawa, 2004.
• [6] Pawlak W. I., Balicki W.-. Influence of an Unequality of Gas Thermal Field at the Jet Engine Turbine Inlet on to the Speed of Transient Processes - the results of experiments with real engine. Journal of KONES Internal Combustion Engines, Vol. 10, Warsaw 2003.
• [7] Pawlak W. I., Wiklik K., Morawski J. M: Synteza i Badanie Układów Sterowania Lotniczych Silników Turbinowych Metodami Symulacji Komputerowej. Biblioteka Naukowa Instytutu Lotnictwa, Warszawa 1996.
• [8] Pawlak W. I.: Influence of an Unequality of Gas Thermal Field at the Jet Engine Turbine Inlet on to the Speed of Transient Processes - Result of Experiments with simulation Model. Journal of KONES Internal Combustion Engines, Vol. 7, Warsaw - Lublin, 2000.
• [9] Pawlak W. I.: Monitorowanie osiągów silników K-15 na samolocie 1-22 IRYDA. Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej, Mechanika w Lotnictwie „ML-VIII" Warszawa 1998.
• [10] Pawlak W. 1.: Problemy monitorowania niskocyklowych obciążeń termicznych lotniczego silnika turbinowego. V Krajowa Konferencja „Diagnostyka Techniczna Urządzeń i Systemów DIAG'2003", Ustroń, 13-17 paźdz. 2003.
• [11] Pawlak W. I.: Zastosowania Nieliniowych Obserwatorów Parametrów Pracy Turbinowego Silnika Odrzutowego. 27th International Science Conference on Combustion Engines KONES 2001, September 9-12, 2001, Jastrzębia Góra, Poland. Conference Proceedings.
• [12] Pawlak W. I.: Non-Linear Observer of single-Rotor Single-Flow Jet Turbine Engine during Operation. Journal of KONES Internal combustion Engines. Vol.12, No 1-2, Warsaw 2005.
• [13] Pomiar widma cyklicznych obciążeń jednowirnikowego jednoprzeplywowego turbinowego silnika odrzutowego w eksploatacji wspomagany komputerową symulacja parametrów jego pracy w stanach nieustalonych. Projekt badawczy KBN Nr 9T12D00717. Data ukończenia: czerwiec 2001.
• [14] van Essen H. A., de Lange H. C: Nonlinear Model Predictive Control Experiments on a Laboratory Gas Turbine Installation. Transactions of the ASME, Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, April 2001, Vol. 123.