Библиографическое описание:

Кривошеев И. А., Ахмедзянов Д. А., Годованюк А. Стенды полунатурного моделирования ГТД и их САУ // Молодой ученый. — 2011. — №3. Т.1. — С. 39-42. — URL https://moluch.ru/archive/26/2825/ (дата обращения: 15.12.2017).

Опыт, накопленный при создании систем автоматического управления (САУ) авиационных силовых установок, показывает, что при их исследовании и доводке наиболее эффективны стенды и комплексы полунатурного моделирования [-]. Стенд полунатурного моделирования (СПМ) газотурбинного двигателя (ГТД) и его САУ как система имитации внешней среды и рабочих процессов предназначен для исследований в условиях, наиболее приближенных к реальным. Полунатурные исследования при высокой информативности намного экономичнее, чем испытания реального объекта, поэтому они составляют основную часть отработки двигателя, САУ и других его систем посредством имитации их поведения во всех возможных режимах эксплуатации. По экспертным оценкам стоимость одного часа испытаний составляет []: опытно-летных - 20-80 тысяч $; стендовых двигательных - 2-3 тысячи $; полунатурных - 200 $.

Рис. 1 – Структурная схема стенда при полунатурном моделировании:

1 – динамическая модель силовой установки и моделируемых регуляторов; 2 – исследуемый регулятор; 3,4 – преобразователи

Имеется ряд разработанных и действующих СПМ, описанные в открытых источниках. Один из таких стендов, состоящий из аналоговой модели, корпуса двигателя (с демонтированными роторами компрессора и турбины) с автоматикой топливорегулирующей аппаратуры и органов механизации воздухозаборника, описан в [], использующийся для отработки законов управления механизацией (рис.1). При помощи стенда разработанного ОКБ «СУХОГО» и МГУ им. М. В. Ломоносова осуществляется интеграция разрабатываемой аппаратуры и программного обеспечения (математические модели на языках С и С++), и именно здесь обнаруживается основной объём ошибок, допущенных на предыдущих этапах проектирования []. Так же имеется СПМ разработки ФГУП «ГосНИИАС» (рис.2), предназначенный для наземной интеграции бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО) и подвесных изделий летательных аппаратов, а также для сопровождения летных испытаний и подготовки летного и технического персонала []. В состав данного стенда входят: макет кабины с органами управления летательным аппаратом и приборами; система визуализации закабинного пространства; штатное бортовое радиоэлектронное оборудование летательного аппарата и подвесные изделия; имитаторы внешних физических условий и их воздействий на бортовые системы и на подвесные изделия летательных аппаратов; имитаторы отдельных бортовых систем; имитаторы подвесных изделий; вычислительный центр, содержащий персональные компьютеры с программным обеспечением, объединенные скоростной вычислительной сетью; аппаратура сопряжения вычислительного центра, имитаторов, бортовых систем, макета кабины; динамические стенды и их системы управления; сервисное оборудование; средства коммутации и кабельная сеть. Также он обеспечивает решение следующих задач: проверка протоколов сопряжения бортовых систем и подвесных изделий между собой по цифровым и другим каналам связи; аппаратная, программная интеграция бортовых систем в реальном масштабе времени; проверка режимов применения летательного аппарата; проверка логики взаимодействия бортовых систем на всех этапах применения летательного аппарата; проверка логики взаимодействия летчика с информационно-управляющим полем; подготовка летного и технического персонала; предварительная проверка условий проведения испытаний; оценки результатов летного эксперимента. Еще одна система – это программный комплекс для моделирования и анализа динамики самолета с системой управления в среде программирования MATLAB/Simulink для пилотажных стендов и стендов для экспериментальной отработки системы управления и ее элементов [], разработки ЦАГИ им. проф. Н.Е. Жуковского.

Рис. 2 – СПМ разработки ФГУП «ГосНИИАС»


Рассматриваемый полунатурный стенд [, , , ] включает в себя компьютерные модели объекта (ГТД), гидромеханических и пневматических исполнительных частей системы автоматического управления, контроля и диагностики (САУКД типа FADEC), физические модели датчиков и электрических исполнительных механизмов, а также натурные блоки системы управления типа FADEC. В настоящее время стенд полунатурного моделирования (СПМ) эффективно используется на всех этапах жизненного цикла системы управления типа FADEC. СПМ [, , , ] разработан на основе промышленного компьютера и стандартных преобразователей, что позволяет быстро реализовать полунатурные модели различных ГТД, в том числе ТВВД с соосными винтами.

Структура стенда представлена на рис. 3 и его внешний вид на рис. 4. СПМ состоит из цифровой модели силовой установки, оборудования согласования электрических характеристик, системы регистрации параметров систем. Необходимое оборудование (процессоры, память, преобразователи) собраны в единый аппаратно-программный комплекс из стандартного промышленного компьютерного оборудования, ориентированного на работу в реальном времени. К натурному оборудованию относится блок системы управления типа FADEC. Программное обеспечение выполнено на платформе SCADA NI LabVIEW и в ней же реализованы математические модели: ТВВД, его систем, исполнительных гидромеханических частей САУ, сервопривода лопастей и самого винтовентилятора.

Рис. 1 – Структурная схема стенда полунатурного моделирования ГТД и его САУ

Технические средства проверки и оценки функционирования систем автоматического управления и контроля и контроля (САУК) двигателей и силовых установок самолетов – стенды полунатурного моделирования (СПМ), контрольно-проверочная аппаратура предназначенные для разработки, экспериментальной доводки, производства, обслуживания в эксплуатации традиционно создаются разработчиками САУК для конкретного типа САУК. Эти разработки отличаются большим разнообразием структур и наличием большого количества нестандартных аппаратных и программных решений, особенно это касается системы имитации физических сигналов датчиков и исполнительных механизмов САУК, а также алгоритмического и программного построения подсистемы моделирования силовой установки.

Рис. 2 – СПМ для испытаний и настройки САУ ГТД

Рассматриваемый СПМ обеспечивает:

  • отработку алгоритмов контроля и диагностики силовой установки совместно с моделями имитации отказов двигателя и его систем – элементов ГТД, механизации турбокомпрессора, топливных, масляных и др. систем и агрегатов;

  • получение данных для оптимизации технических и алгоритмических решений контроля и диагностики.

Системы полунатурного и информационного моделирования, составляющие в комплексе СПМ, взаимодействуют между собой по каналам информационного обмена и локальной сети. Такое разделение обеспечивает возможность раздельного изготовления и отладки. В данном случае используется модель ГТД и натурная САУ.

Комплекс имитаторов датчиков и исполнительных механизмов состоит из стандартных плат ЦАП, АЦП, плат дискретного и релейного ввода-вывода сигналов. Все платы выпускаются промышленностью и доступны. Программное обеспечение (ПО) включает в себя: ПО отображения информации, ПО комплекса математических моделей и ПО автоматизированного проведения испытаний. ПО отображения информации обеспечивает отображение в графической форме состояния датчиков и исполнительных механизмов, отображение и передачу информационного потока полунатурной модели. ПО может быть как специализированным, так и универсальным, например Exсel с соответствующими надстройками. ПО автоматизированного проведения испытаний обеспечивает программирование испытаний САУК согласно методике проверки. В целом комплекс информационного и полунатурного моделирования (КИПМ) обеспечивает проверку и отработку всех функций САУК ГТД.

Ожидаемый эффект от функционирования КИПМ:

  • обеспечение работы стенда полунатурного моделирования в соответствии с поставленными требованиями;

  • автоматизация проведения испытаний, и, как следствие, сокращение времени испытаний САУК в среднем в 10 раз;

  • возможность анализа информации, получаемой в ходе проведения испытаний и отладки САУК;

  • упрощение управления стендом вследствие применения стандартных средств ввода ПЭВМ (клавиатура и мышь).

Вследствие использования этого комплекса возможно реализовать информационно-справочную документацию и базы данных по двигателям. В свою очередь эта документация будет отвечать требованиям CALS-технологий и уменьшит затраты на эксплуатацию ГТД в несколько раз.


Литература:
  1. Комплекс информационного и полунатурного моделирования для исследования систем автоматического управления и контроля многодвигательных силовых установок при их эксплуатации по состоянию / Фатиков В. С., Погорелов Г. И., Минаев И. И., Азанов М. Р., Куликов С. Г., Ищук В. П. // Авиационно-космическая техника и технология.-2005.-№ 2.- С.155-160.

  2. Теория автоматического управления силовыми установками летательных аппаратов. Управление ВРД. Под ред. д-ра техн. наук, проф. А. А. Шевякова. М., «Машиностроение», 1976. - 344 с.

  3. Распопов Е. В. Интеллектуальная система запуска для нового поколения авиационных ГТД. / Куликов Г. Г., Фатиков В. С., Арьков В. Ю. // Вестник УГАТУ, Уфа. - 2007. Т. 9, № 2(20). С. 153–157.

  4. Куликов Г. Г. Методология полунатурного комплексного функционального моделирования ГТД и его систем. / Куликов Г. Г., Арьков В. Ю., Фатиков В. С., Погорелов Г. И. // Вестник УГАТУ, Уфа, 2009. Т. 13, № 2 (35). С. 88–95.

  5. Погорелов Г. И. Автоматизированный комплекс доводки и испытаний цифровых САУ многодвигательных силовых установок самолетов: дис. канд. техн. наук: 05.13.06 / Погорелов Г. И.; науч. рук. Г. Г. Куликов. — Защищена 26.12.2002; - Уфа, 2002.- 176 с.: ил. РГБ ОД, 61 03-5/2219-1

  6. Минаев И. И. Автоматизация процессов испытаний интегрированных САУ многодвигательными силовыми установками летательных аппаратов. Диссертация канд. техн. наук: 05.13.07 Уфа, 1996. – 170 с.: табл. ил.

  7. Баранов А. С. Комплексный стенд математического моделирования КБО ЛА. / Баранов А. С., Грибов Д. И., Поляков В. Б., Смелянский Р. Л., Чистолинов М. В. // http://lvk.cs.msu.su/old/materials/5.doc

  8. http://www.gosniias.ru/pages/spm.html

  9. Кувшинов В. М. Развитие программного комплекса для моделирования и анализа динамики самолета с системой управления в среде программирования MATLAB/Simulink. Кувшинов В. М., Анимица О. В. // Труды Всероссийской научной конференции «Проектирование научных и инженерных приложений в среде MATLAB». М.: ИПУ РАН, 2004.— 1955 с.: ил. - с. 1533-1551.


Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ.


Основные термины (генерируются автоматически): полунатурного моделирования, моделирования ГТД, автоматического управления, проведения испытаний, полунатурного моделирования ГТД, систем автоматического управления, Погорелов Г, бортовых систем, системы управления, исполнительных механизмов, управления типа fadec, летательных аппаратов, силовых установок, системы управления типа, стенда полунатурного моделирования, СПМ разработки ФГУП, силовой установки, Куликов Г, Структурная схема стенда, настройки САУ ГТД.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос