Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

A non-linear observer in the warning system indicated faulty modes of operation of a turbine jet engine.

100%

Pawlak W. I.

Archive of Mechanical Engineering

|

2005

|

tom Vol. LII, nr 2

117-133

EN

The present-day methods of supervising the operational use of jet engines are based, among other things, on computerised procedures of monitoring and recording various failure modes including the surge. The dangerous mode of operation of a turbojet engine occures quite commonly while operating it. In some cases, it could result even in the engine destruction. What has been presented in this study is the way of applying a non-linear observer of a one-spool single-flow turbojet to generate a computer algorithm to detect the surging. An exemplary application of such an algorithm to monitor the surging the occurs in the K-15 engine has also been shown.

PL

Współczesne metodyki nadzorowania procesu eksploatacji silników odrzutowych bazują, między innymi, na skomputeryzowanych procedurach monitorowania i ewidencjonowania różnych stanów awaryjnych, w tym również zjawiska pompażu. Jest ono pospolicie spotykanym w eksploatacji, niebezpiecznym stanem pracy turbinowego silnika odrzutowego. W niektórych przypadkach prowadzi nawet do jego zniszczenia. W referacie przedstawiono sposób wykorzystania nieliniowego obserwatora jednowirnikowego jednoprzepływowego turbinowego silnika obrotowego do budowy komputerowego algorytmu detekcji pompażu. Pokazano przykład praktycznego zastosowania opisanego algorytmu do sygnalizowania zjawiska pompażu silnika K-15.

2

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

100%

Pawlak W. I.

Archive of Mechanical Engineering

|

2006

|

tom Vol. LIII, nr 4

373-396

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.

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.

3

Gromadzenie, przetwarzanie i zobrazowanie informacji o zużyciu turbinowego silnika odrzutowego w eksploatacji

100%

Pawlak W. I.

Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika

|

1998

|

tom z. 51[168], t.1

361-368

PL

Przedstawiono wyniki doświadczeń uzyskanych podczas realizacji badawczej wersji systemu monitorująco-diagnostycznego do turbinowego silnika odrzutowego typu K-15. W ciągu ostatnich 4 lat dwa egzemplarze tego silnika, wyposażone najpierw w rejestrator typu Schlumberger a następnie ATM - QAR, były przedmiotem intensywwnej eksploatacji na samolocie I-22 IRYDA. Podczas całego tego okresu prowadzono ciągłą rejestrację oraz przetwarzanie obszernego zestawu parametrów diagnostycznych obu silników. Uzyskane doświadczenia mogą być przydatne do opracowania i wdrożenia eksploatacyjnej wersji systemu.

EN

Experiments results, obtained during realisation of reserch version of turbine jet engine (K-15 type) monitoring and diagnostic system, are presented in this paper. During last 4 years two copies of this engine, equiped in registrar Schlumberger first and ATM - QAR lately, we re subject of intensive R&D efforts with I-22 IRYDA plane. In all that time, current registration and transformation of a broad set of diagnostic parameters were carried out. The experience gained during this way will be useful for designing and implementing operational version of the system.

4

Struktura symulacyjnego modelu jednowirnikowego turbinowego silnika odrzutowego zrealizowanego w środowisku Matlab – Simulink, działającego w skali czasu rzeczywistego

100%

Pawlak W. I.

Journal of KONBiN

|

2011

|

tom No. 1 (17)

233--240

PL

W publikacjach autora poświęconych sztuce budowy modeli symulacyjnych lotniczych silników turbinowych, problemowi iteracyjnego poszukiwania pierwiastków układu nieliniowych równań algebraicznych opisujących parametry czynnika roboczego w kanale silnika poświęcono dużo uwagi. Układ równań algebraicznych musi być zastosowany wtedy, gdy model symulacyjny bazuje na matematycznym opisie obiegu cieplnego silnika w stanach nieustalonych. Wymogiem realizacji modeli symulacyjnych działających w skali czasu rzeczywistego w środowisku Matlab- Simulink jest natomiast to, że nie mogą zawierać bloków realizujących pętle iteracyjne. Zatem realizacja takiego modelu silnika musi być oparta na bazie uprzednio spreparowanych jego charakterystyk dynamicznych. W proponowanym referacie będzie pokazany sposób ich wykorzystanie do budowy modelu działającego w skali czasu rzeczywistego dla pełnego eksploatacyjnego zakresu wysokości i prędkości lotu.

EN

In Author’s papers on the art of building simulation models of aircraft turbine engines much attention has been paid to the question of applying iterative method(s) to solve a system of non-linear algebraic equations that describe parameters of the working medium flowing through the engine’s duct. A system of algebraic equations has to be used when the simulation model is based on a mathematical description of the engine’s thermodynamic cycle in transient states. Unfortunately, the requirement for the implementation of a real-time simulation model operating in the Matlab–Simulink environment is that its structure cannot contain any block that runs for any iterative loop. Thus, formulation of such an engine model has to be based on pre-generated dynamical characteristics of the engine. What has been shown in this paper is the way of formulating a real-time simulation model that covers a full service range of flight altitudes and speeds.

5

Porównanie wyników komputerowej symulacji turbinowego silnika odrzutowego dla przypadków przepływu czynnika roboczego o właściwościach gazu półdoskonałego i doskonałego

100%

Pawlak W. I.

|

tom nr 22

175-202

PL

Przedstawiono dwa modele symulacyjne tego samego turbinowego silnika odrzutowego oraz wyniki wykonanych na nich symulacji procesów pełnej akceleracji i deceleracji oraz stanów ustalonych, dla warunków naziemnych. Modele różnią się tylko sposobem traktowania czynnika roboczego. W pierwszym modelu przyjęto, że w przepływie przez sprężarkę wykładnik izentropy i średnie ciepło właściwe powietrza są funkcjami średniej temperatury spiętrzenia, natomiast w przepływie przez komorę spalania, turbinę i dyszę są one funkcjami odpowiednich średnich temperatur spiętrzenia oraz współczynnika nadmiaru powietrza. W drugim modelu czynnik roboczy potraktowano jako gaz doskonały, czyli taki, dla którego wartości wykładników izentrop i ciepeł właściwych czynnika roboczego w analizowanych fragmentach przepływu są stałe.

EN

Two simulative models for the same jet engine, plus simulation results of deceleration, acceleration and steady states of engine operation during ground tests, are presented in the article. The models differ from each other just with the working medium flowing through the engine. In the first model it was assumed that, while the working medium is flowing through the compressor, the isentropic exponent and average specific heat are functions of average total temperature, whereas, while it is flowing through the combustion chamber, turbine, and nozzle, these are functions of corresponding average temperatures of total pressure and combustion air factor. In the second model the working medium is treated as an ideal gas, with constant values of isentropic exponent and specific heat in some parts of the flow being analyzed.

6

Nonlinear observer in control system of a turbine jet engine.

100%

Pawlak W. I.

Archive of Mechanical Engineering

|

2003

|

tom Vol. L, nr 3

227-245

EN

The time period of a jet engine full acceleration (from idle run rotating speed to full thrust) is a very important operational parameter. Minimization of this period is an important problem to be solved during the design of the fuel supply and control system. There are many methods of acceleration process control, especially in the case of engines with complicated design configurations. This work presents the problem of acceleration of a simple, single spool turbine jet engine with a so-called stable geometry, in which only one input (control) signal exists - fuel flow rate. Two methods of acceleration control consisting of limitation of the maximum allowable temperature of working medium in front of and behind the turbine in transient states were analyzed. In order to avoid difficulties associated with the direct measurement of actual temperatures, the so-called nonlinear engine observer was applied. With the use of the computer simulation method it was proven that the control algorithm with the limited maximum temperature in front of the turbine makes it possible the shortening of the acceleration time period significantly in comprison with a similar algorithm, that realizes the limitation of temperature behind the turbine.

PL

Czas pełnej akceleracji silnika odrzutowego (od prędkości obrotowej biegu jałowego do pełnego ciągu) jest ważnym parametrem eksploatacyjnym. Minimalizacja tego czasu jest jednym z ważnych problemów do rozwiązania podczas projektowania układu zasilania i sterowania silnika. Istnieje wiele sposobów sterowania procesem akceleracji, szczególnie w przypadku silników o złożonych konfuguracjach konstrukcyjnych. Tu przedstawiono zagadnienie akceleracji prostego, jednowirnikowego turbinowego silnika odrzutowego o tzw. stałej geoemtrii, w którym występuje tylko jeden sygnał wejściowy (sterujący) - wydatek paliwa. Przeanalizowano dwa sposoby sterowania akceleracją, polegające na ograniczaniu w stanach nieustalonych dopuszczalnej maksymalnej wartości temperatury czynnika roboczego przed lub za turbiną. W celu uniknięcia występujących przy tym trudności, związanych z bezpośrednim pomiarem chwilowych wartości temperatury, zastosowano tzw. nieliniowy obserwator silnika. Przy użyciu metody komputerowej symulacji wykazano, że algorytm sterowania z ograniczeniem maksymalnej wartości temperatury przed turbina pozwala na znaczne skrócenie czasu pełnej akceleracji - w porównaniu z anlogicznym algorytmem realizującym ograniczone temperatury za turbiną.

7

Non-linear observer of single-rotor single-flow jet turbine engine during operation

100%

Pawlak W. I.

Journal of KONES

|

2005

|

tom Vol. 12, No. 1-2

275-282

EN

The paper presents a type of observer based on reduced to minimum set of engine parameters measured directly: turbine-compressor rotational speed, engine inlet air pressure and temperature and atmospheric pressure. Results of application in analysis of data recorded during engine operation in non-stationary states of SO-3 engine (powering TS-11 Iskra aircraft) are presented. Possibilities of this observer practical application in turbine engine parameters degradation monitoring during operation are also discussed. Proposed method of jet turbine engine’s parameters degradation was not verified during real operation of an engine. Following actual knowledge, it should be verified scientifically. The easiest way is to use data from operation of a specific SO-3 engine.

8

Computer simulations of transient processes in a turbojet engine, with special attention to amplitudes of thermal shocks in some selected fault modes of operations

100%

Pawlak W. I.

Archive of Mechanical Engineering

|

2007

|

tom Vol. LIV, nr 3

261-283

EN

Results of mathematical modelling and computer simulation of transient processes in the turbine jet engine SO-3 have been presented. The transient processes result from two different fault conditions. In the first case, the transient process has been induced with a rapid fuel shut-off. In the second case, the transient process follows some failure to the shaft that connects the turbine rotor to that of the compressor. The failure occurred in the area of the middle engine bearing support.

PL

Przedstawiono wyniki matematycznego modelowania i komputerowej symulacji procesów przejściowych turbinowego silnika odrzutowego SO-3, będących następstwem dwóch różnych stanów awaryjnych. W pierwszym z nich proces przejściowy jest wywołany nagłym odcięciem dopływu paliwa. W drugim przypadku, proces przejściowy jest spowodowany pęknięciem wału łączącego wirnik turbiny z wirnikiem sprężarki, w rejonie środkowej podpory łożyskowej.

9

Influence of an inequality of gas thermal field at the jet engine turbine inlet on to the speed of transient processes – the results of experiments with real engine

63%

Pawlak W. I. , Balicki W.

|

tom Vol. 10, No. 3-4

255-261

EN

The hypothesis stated in the title was formed on the basis of numerical experiments carried out using purposely modified version of simulating digital model of single-rotor single-flow turbojet engine SO-3 [6]. The modification concerned mathematical description of flow of operating factor through the turbine. Its purpose was to create simplified mathematical dummy, which allows simulating a certain conventional inequality of temperature scope in the turbine’s inlet. The noticeable influence of specified inequity of temperature scope on the speed of engine’s transitory processes was found – particularly during so called full acceleration. The method of modification of simulating model and the results of carried out experiments were described in the paper delivered on KONES 2000 Conference [7]. In this paper the material proof of hypothesis’s truthfulness is presented in the form of results of research carried out on actual engine K-15.

PL

Hipotezę wyrażoną w tytule sformułowano na podstawie eksperymentów numerycznych przeprowadzonych na umyślnie w tym celu zmodyfikowanej wersji cyfrowego modelu symulacyjnego jednowirnikowego jednoprzepływowego turbinowego silnika odrzutowego SO-3 [6]. Modyfikacja dotyczyła matematycznego opisu przepływu czynnika roboczego przez turbinę. Jej celem było stworzenie uproszczonej matematycznej atrapy, pozwalającej na symulowanie pewnej umownej nierówności pola temperatury we wlocie turbiny. Stwierdzono obserwowalny wpływ określonej tym sposobem nierówności pola temperatury na szybkość procesów przejściowych silnika – w szczególności na czas trwania tzw. pełnej akceleracji. Sposób modyfikacji modelu symulacyjnego oraz wyniki przeprowadzonych na nim eksperymentów opisano w referacie przedstawionym na konferencji KONES 2000 [7]. W niniejszym referacie przedstawiono materialny dowód prawdziwości hipotezy w postaci wyników badań przeprowadzonych na rzeczywistym silniku K-15.

10

Racjonalność niektórych uproszczeń algorytmu nieliniowego obserwatora turbinowego silnika odrzutowego

63%

Pawlak W. I. , Spychała J.

|

tom nr 21

5-29

PL

Nieliniowe obserwatory mają duże potencjalne znaczenie w dziedzinie sterowania, monitorowania i diagnozowania lotniczych silników turbinowych. Mogą być szczególnie przydatne do pomiaru chwilowych wartości tzw. trudno mierzalnych parametrów ich pracy, takich jak temperatura czynnika roboczego u wylotu komory spalania lub ciąg. Z tych powodów wiarygodność i dokładność wyników działania obserwatorów powinna stać się przedmiotem starannych badań. W niniejszej pracy przedstawiono porównanie wyników działania dwóch wariantów nieliniowego obserwatora silnika 50-3. W algorytmie obliczeniowym pierwszego wariantu przyjęto, że czynnik roboczy w kanale silnika jest gazem półdoskonałym. W wariancie drugim czynnik roboczy potraktowano jako gaz doskonały. Oba warianty obserwatora przetestowano na danych rzeczywistych, uzyskanych z badań silnika 50-3 w hamowni naziemnej.

EN

I-linear observers have got great potentialities in the fields of turbojet engine control, monitoring and diagnosing. They may prove of particular suitability for measuring actual values of the so-called difficult-to-measure parameters, e.g. temperature of the working men at the combustian chamber outlet, thrust, etc. For this reason, reliability and accuracy of results of the performance of observers should be given careful consideration. The paper has been intended to deliver comparison between results gained with two variants of a non-linear observer of the SO-3 engine. It has been assumed in the computational algorithm of the first variant that the working medium in the engine duct is a perfect gas. In the second variant, the king medium has been considered a semi-perfect gas. Both the variants of the observer have been tested using real data from tests ot the SO-3 engine on a ground-based engine test bed.

11

On the need to maintain homogenous temperature field within the working agent at the intake of a jet engine turbine

63%

Pawlak W. I. , Błachnio J.

Journal of KONES

|

2014

|

tom Vol. 21, No. 1

205--213

EN

The paper presents results from numerical experiments with use of the computer model of the SO-3 engine designed for simulations. The model has been purposefully modified to take account of the assumed nonhomogeneity of the temperature field within the working agent at the turbine intake. It turned out that such nonhomogeneity substantially affects dynamic and static properties of the engine are considered as an object of control since it leads to a lag of the acceleration time and to increasing in fuel consumption. The summarized simulation results demonstrate that the foregoing properties of a jet engine are subject to considerable deterioration in pace with gradual increase of the assumed non-homogeneity of the temperature field, The simulations made it possible to find out that variations of the temperature field non-homogeneity within the working agent at the turbine intake lead to huge fluctuation of the turbine rpm for the idle run, which enables a new look to the role of the so-called idle run valve and importance of that component within the supply and control system of the SO-3 engine.