Пермские ученые придумали, как сделать безопаснее отечественные двигатели для самолетов

❋ 4.4

Чаще всего газотурбинные двигатели используют в авиации. Но и на земле им находят применение в газотурбинных установках на газоперекачивающих станциях. При их работе, из камеры сгорания в атмосферу выбрасываются продукты горения топлива, такие как оксиды азота, оксиды углерода, углеводороды. Все это негативно сказывается на окружающей среде. Ученые Пермского Политеха предложили в новых, более экологичных двигателях с малоэмиссионными камерами сгорания использовать систему автоматического управления, которая будет осуществлять мониторинг процесса организации горения, что позволит избежать аварийных режимов работы двигателя и обеспечит экологическую безопасность. Алгоритм управления включает встроенную полуэмпирическую математическую модель камеры сгорания, разработанную на основе физического уравнения Зельдовича, которая выполняет функцию виртуального сенсора для контроля за выбросами вредных веществ.

ПНИПУ

# авиация

# безопасность

# газотурбинные двигатели

# двигатели

# самолеты

Пермские ученые придумали, как сделать безопаснее отечественные двигатели для самолетов / ©Getty images / Автор: Татьяна Соловьёва

Разработка выполнена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030». Исследование опубликовано в журнале «Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника».

«Очевидно, что, чем больше топлива в топливовоздушной смеси, тем быстрее летит самолет, но тем больше выброс вредных веществ в атмосферу. Чтобы обеспечить экологические требования и при этом не терять скорость и мощность двигателя, в двигателях нового поколения используется малоэмиссионная камера сгорания, которая работает с обедненной топливовоздушной смесью.
Она содержит в себе малое количество топлива. Однако с определенного момента снижения количества топлива, в камере сгорания наблюдается срыв пламени. Это аварийный режим для двигателя. Приближение к такому моменту колебания пламени (виброгорению) характеризуют пульсации давления в жаровых трубах. Чем больше колебания по амплитуде, тем ближе срыв пламени», — объясняет доцент кафедры конструирования и технологий в электротехнике Татьяна Кузнецова.

Чтобы контролировать дынные процессы политехники разработали систему автоматического управления, которая способна прогнозировать выбросы оксидов азота и углерода в атмосферу из камеры сгорания и пульсацию давления в жаровых трубах в зависимости от потребляемого топлива. Это происходит с помощью вероятностной матмодели, построенной по термическому механизму Зельдовича, которая по данным с датчиков вычисляет неизмеряемую величину эмиссии оксидов азота.

Проведенные исследования позволили повысить точность модели. Уточнение производилось за счет учета неоднородности процесса горения в жаровых трубах. Для этого был проведен корреляцонный анализ предоставленных экспериментальных данных с помощью разработанного ПО на Python.

В результате был сформулирован количественный критерий, позволяющий оценивать качество организации горения в камере сгорания. В качестве такого количественного критерия выступает коэффициент корреляции Пирсона, который позволяет уточнить величину отклонения от ожидаемого состава топливовоздушной смеси для индивидуальной жаровой трубы или горелки. Эти значения используются в вероятностной математической модели генерации оксидов азота на основе уравнения Зельдовича.

«Эффективность модели подтверждается сопоставлением расчетов с экспериментальными показателями эмиссии оксидов азота при работе двигателя. Поэтому можно смело говорить о том, что система управления снизит выброс вредных веществ и поможет избежать аварийных режимов работы двигателя», — поделился профессор кафедры авиационных двигателей Валерий Августинович. По словам специалистов, стендовые испытания на имитаторе двигателя были проведены в АО «ОДК-Авиадвигатель».

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl (Cmd) + Enter.

Пермский национальный исследовательский политехнический университет (национальный исследовательский, прошлые названия: Пермский политехнический институт, Пермский государственный технический университет) — технический ВУЗ Российской Федерации. Основан в 1960 году как Пермский политехнический институт (ППИ), в результате объединения Пермского горного института (организованного в 1953 году) с Вечерним машиностроительным институтом. В 1992 году ППИ в числе первых политехнических вузов России получил статус технического университета.