Лекция№16

Лекция №16. Методы оптимизации конструкции лопатки.

При проектировании лопатки приходится удовлетворять требованиям газовой динамики, прочности и технологии изготовления. Эти требования часто противоречат друг другу.

Практически невозможно создание конструкции лопатки одновременно отвечающим нескольким критериям качества, т. е минимальных энергетических потерь рабочего тела протекающего через венец, массы венца и стоимости изготовления.

Более реальным является созданием варианта конструкции удовлетворяющего части или одному из перечисленных критериев. Поиск рациональных конструкций лопаток предпринимаются практически на всех стадиях проектирования. Какая из возможных конструкций является оптимальной? Строгого ответа на вопрос нет. Можно считать оптимальной такую конструкцию, которая соответствует максимальной эффективности ЛА.

Гражданская авиация. Себестоимость тонно-километра перевозки.

-себестоимость лётного часа.

Выбор строго оптимальной конструкции лопатки был бы возможен, если бы удалось достоверно рассчитать влияние конструкторских изменений на потери в межлопаточных каналах, на массу, ресурс работы и стоимость изготовления на КПД, ресурс и другие интегральные параметры от которых зависит величина.

Надёжные методы расчета этого влияния отсутствуют. Постановка задачи оптимизации упрощает, т. е сводит его к оптимизации массы лопаток и венца при выполнении требовании по прочности, надёжности и ресурсу.

Используют поисковые методы, базирующие на математическом программировании, т. е метода регулярного и случайного поиска, и инженерного.

Общая блок-схема проектирования лопаток.

В системах автоматизирования конструкций следующие функциональные схемы:

1. Информационная

В обеспечении процесса проектирования переменной и постоянной информации. В таких системах переменной информации можно выделить количественные и качественные стороны.

Качественная сторона – кодом конструктивной схемы лопатки.

Количественная сторона:

а) параметрами потока на входе и выходе из венца;

б) данными о материале лопатки;

в) геометрическими параметрами лопатки.

Постоянную информацию реализованную в программе алгоритмов решения лопаток:

а) о нормированных параметрах;

б) о физических характеристиках рабочего тела;

в) о свойствах материалов.

2. Подсистема обработки и отображения информации

Детализации математической модели путём переноса модели в ограниченную область существования допустимых вариантов решения. Это подсистема осуществляет итеративную последовательность циклов: синтез, анализ и выбор оптимальных из них.

3. Подсистема документирования

Результатом работы предыдущей подсистемы преобразуются в документацию различной формы. Большое внимание при проектировании лопаток уделяется графическому результату в виде рабочего чертежа

Если анализ рабочего варианта проекта и решение об его изменении осуществляется путём операций в логических блоках, то графически иллюстрируются лишь принятый вариант проекта. При этом результаты изображения не оказывают обратного воздействия на подсистему обработки и отображения информации.

Рассмотрение автоматизации создания проекта конструкции лопатки.

Макро блок-схема – как набор крупных модулей решаемых задачу проектирования одного из элементов конструкции.

Пера (блок 8), хвостовика или замка (блок 11), бандажной полки (блок 7), внутреннего устройства пера (блок 10) и подводящих каналов при наличии охлаждаемых лопатки турбины.

Краткое описание блоков:

1. Исходные данные и задание

2. Выбор принципа конструирования

   1. Анализ семейства конструктивных схем

   2. Синтез конструктивной схемы из конструктивных элементов и подэлементов

   3. Анализ выбранной ранее конструктивной схемы

3. Выбор конкретной конструктивной схемы из СКС

4. Формирование конструктивной схемы из элементов в соответствии с требованиями задания

5. Анализ ранее выбранной конструктивной схемы

6. Бандажная полка есть?

7. Проектирование бандажной полки

8. проектирование пера

9. Если же внутреннее устройство?

10. Проектирование внутренних устройств

11. Проектирования замкового соединения

12. Вариант конструкции удовлетворяет заданной конструкции?

    1. Возврат в 6.

    2. Возврат 1.

    3. Переход в 13.

13. Документирование результатов проектирования.

При формировании исходных данных очень важно определить качественную сторону переменной информации, которая содержит конструктивную схему лопатки.

Схема проектирования так либо задается конкретная конструктивная схема, либо она выбирается. При этом выбор может быть основан на анализе с КС (обычно задается самый сложный представитель) либо на синтезе из конструктивных элементов и подэлементов с учётом связей между ними.

Ни один из элементов лопатки не может быть спроектирован до конца независимо от остальных. Это относится к бандажной полке и внутреннему устройству пера. Этот факт стрелками в двух направлениях между блоками 7-8 и 8-10.

Существенно в большей изоляции находится процесс проектирования хвостовика, как элемента замкового соединения. Каждый из блоков представляет с собой сложную структуру составляющих и может быть использован самостоятельно в виде отдельной проектной процедуры.

Общий контрольный блок 12, в котором сравниваются полученные варианты конструкции лопаток.

Корриляция:

1. Количественными изменениями сохранением конструктивной схемы лопатки выход – 6.

2. Качественным изменением, т. е смены конструктивной схемы лопатки выход – 12.