Введение к работе
Одним из важнейших факторов, определяющих эффективность авиационных ГТД, является выбор их конструктивно-силовых схем (КСС).
Большое значение при создании новых двигателей имеет использование принципа преемственности, т.е. применение проверенных, хорошо зарекомендовавших себя проектных, конструкторских, технологических решений. Это особенно важно на этапе формирования КСС будущего двигателя, концентрирующей в себе новое решение и дающей возможность увидеть весь спектр возможных конструктивно-схемных решений. Недостаточное количество исходной информации на данном этапе обуславливает интерактивный характер проектирования и обязательное использование накопленного опыта.
В настоящее время проектирование КСС осуществляется в основном на основе опыта, навыков и знаний проектировщика, который не всегда способен увидеть все возможные варианты, поэтому актуальным является создание компьютерной информационной системы обработки, хранения и поиска информации по авиационным ГТД, включающей в себя базы данных по КСС авиационных двигателей и элементам их конструкции.
Актуальным также является создание методики автоматизированного выбора двигателя-прототипа для проектирования расположения опор в КСС ГТД и разработка модели формирования КСС ГТД на ранних этапах проектирования двигателя. Наличие таких методик и моделей позволит формализовать процесс описания структуры ГТД и создать его обобщенную КСС.
Поэтому тема диссертационной работы, направленной на повышение эффективности проектирования авиационных ГТД на основе разработки метода и средств автоматизированного проектирования их КСС по расположению опор, является актуальной, имеющей важное практическое и научное значение.
Целью работы является повышение эффективности проектирования авиационных ГТД на основе разработки метода и средств проектирования их конструктивных схем по признаку "количество и расположение опор".
Для реализации этой цели необходимо решение следующих научных задач:
разработка метода автоматизированного проектирования КСС ГТД;
формирование структуры объектов данных для описания КСС авиационных ГТД;
разработка методики выбора двигателя-прототипа;
создание модели формирования КСС на этапе эскизного проектирования;
разработка программного комплекса для проектирования расположения опор в КСС авиационных ГТД.
Объектом исследования является процесс проектирования конструктивных схем авиационных ГТД.
К предмету исследования относится расположение опор роторов турбокомпрессоров в конструктивно-силовых системах ГТД.
Методы исследования основаны на принципах декомпозиции, теории множеств, теории графов и элементах математической логики, методах автоматизированного проектирования авиационных ГТД, а также на методологии объектно-ориентированного программирования.
Исследование базируется на фактологической основе - реальных конструкциях двигателей, КСС и их элементов.
На защиту выносятся:
метод автоматизированного проектирования расположения опор в КСС авиационных ГТД;
методика выбора двигателя-прототипа;
модель формирования КСС на концептуальном и логическом уровнях;
- методика формирования структуры объектов данных для описания КСС
авиационных ГТД;
- программный комплекс для проектирования расположения опор в КСС авиационных
ГТД.
Научная новизна исследования состоит в следующем:
разработан метод автоматизированного проектирования расположения опор в КСС авиационных ГТД на этапе эскизного проектирования, основанный на выборе двигателя-прототипа и использовании ретроспективного анализа КСС реализованных конструкций двигателей;
впервые методика формирования структуры объектов данных разработана для описания КСС авиационных ГТД;
разработан программный комплекс для проектирования расположения опор в КСС авиационных ГТД, позволяющий на этапе эскизного проектирования выбрать двигатель-прототип и рассчитать расположение опор;
разработана модель формирования КСС с выбранным расположением опор на этапе эскизного проектирования авиационного ГТД, представленная в соответствии со стандартами IDEF0 и IDEF4.
Практическая значимость исследования заключается в разработке модели формирования КСС ГТД, применимой на верхнем уровне описания ГТД в среде PDM-систем. Эта модель позволяет применять современные технологии компьютерной поддержки проектирования в конструкторских бюро и в процессе обучения в ВУЗе.
Разработанная структура объектов данных по авиационным ГТД позволяет при проектировании ГТД учитывать предшествующий опыт создания и эксплуатации авиадвигателей и подбирать расположение опор в процессе формирования КСС.
Сформированная база данных реализованных схем турбокомпрессоров ГТД позволяет выявить все возможные КСС ГТД по количеству и расположению опор и выбрать двигатель-прототип для дальнейшего проектирования.
Разработанный программный комплекс для проектирования расположения опор в КСС авиационных ГТД позволяет выбрать расположение опор в КСС на этапе эскизного проектирования.
Результаты работы нашли практическое применение в виде методических указаний при выполнении дипломного и сквозного курсового компьютерного проектирования на кафедре конструкции и проектирования двигателей летательных аппаратов Самарского государственного аэрокосмического университета. Также планируется внедрение в ФГБОУ ВПО "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" и ФГБОУ ВПО "Уфимский государственный авиационный технический университет".
Базы данных по КСС используются в процессе обучения студентов СГАУ по специальности "авиационные двигатели и энергетические установки".
Результаты работы могут быть использованы при проектировании авиационных ГТД, а также наземных и судовых газотурбинных энергетических установок.
Предложенная модель формирования КСС с рассчитанным расположением опор на этапе эскизного проектирования авиационного ГТД может быть использована при проектировании и производстве конкурентоспособных современных и перспективных газотурбинных двигателей.
Результаты исследования используются в научно-исследовательской деятельности СГАУ.
Апробация результатов исследования. Основные положения и результаты работы доложены и одобрены на следующих конференциях: научно-техническая конференция 24-26 июня 2009 г. "Проблемы и перспективы развития двигателестроения" (Самара, СГАУ); международный молодежный форум "Будущее авиации за молодой Россией" (Рыбинск, РГАТА, 2010); российская научно-техническая конференция "Ракетно-космическая техника и технология 2009" (Воронеж, ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2009); международная конференция с элементами научной школы для молодежи
"Перспективные информационные технологии для авиации и космоса (ПИТ-2010)" (Самара, 2010)иНТССГАУ.
По теме диссертации опубликованы 7 статей из них 3 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения. Работа изложена на 148 страницах текста, содержит 68 рисунков, 19 таблиц. Библиография включает 89 наименований.
