Бу изилдөө, газ турбина кыймылдаткычтарынын архитектурасини, термодинамикалык иштөө шарттарыны жана жалпы торырлыгыны ошол эле математикалык проблем үчүнде бирге оптималдаштырат. Изилдөөчүлөр; аралык муздаткыч, жылуулукту калыбына келтирүү системасы, айланма детонациялуу кайра ысытуу бөлүмү жана үчүнчү агым каналы гиби истеге бторлы компоненттери экилик чечим өзгөрмөлөрүйле темсил еден бир аралаш бүтүн сандуу сызыктуу эмес программалоо модельи гелиштирмиштир. Модел, 10, 30 жана 50 кН круиздик түртүү сыныфларында глобалдык натыйжалуулук менен күч системасынын салмагы арасындаки денгейи Парето фронттору үстүндөн араштырмыштыр. Өнермененн йени мотор архитектуралари 30 жана 50 кН сыныфларында оптимизе едилмиш салттуу моторлара боюнча болжол менен %15 даха жогорку глобалдык натыйжалуулук жана %18-22 даха төмөн салмак үретмиштир. Ошону менен бирге табылгалар, рецензиядан өтө элек, сейир тасарым ноктасына одакланан жана чыныгы мотор йа да учуш эксперименти ичермейен бир алдын ала дизайн моделине дайанмактадыр.

Изилдөөнын экинчи каткысы, физикалык катары мүмкүн олмайан же жанаримсиз архитектура далларыны эрте баскычда елейен Көп башталыштуу физикадан кабардар Бутак жана Чек алгоритмсыдыр (Мулти-Старт Пхйсижс-Ажqуаинтед Бранжх анд Боунд, MS-PABnB). Там фактөрийел үлгүе, АдаБоост ишке жарамдуулук сыныфландырыжысы, LSBoost температура тахмини жана отун-аба катышы белирлеме баскычтарынын бирге кулланылмасы, ишке жарамдуу баштапкы чекиттернын катышыны %5,83'тен %88,6'йа йүкселтмиштир. MS-PABnB, ошол эле чечүү чөйрөсүндаки салттуу Бутак жана Чек йаклашымындан генел катары даха аз түйүн араштырмыш, даха аз баштапкы ноктасына ихтийач дуймуш жана даха ийи масштабдалган максат функциясы маанилери үретмиштир.

Сечмененн сейир тапшырмалеринде модель, 30 жана 50 кН сыныфлары үчүн реферанс моторлара кыйасла отун керектөө жана көмүр кычкыл газы эмиссиясында болжол менен %28'е варан азаюулар хесапламыштыр. Анжак бу натыйжалар түздөн-түз өлчүлмүш учуш натыйжалары дегилдир. Гөрев хесабы, реферанс моторларын итки профилдери, хесапланан өзгүл йакыт түкетимлери жана ампирик эмиссия байланышлери кулланыларак йапылмыштыр. Өзелликле 10 кН тасарымында отун керектөө азаюусына ртормен азот оксиди эмиссиясы реферанс мотора боюнча %86,86 даха жогорку эсептелген.

Изилдөөнүн негизги суроосу недир?

Изилдөөнүн негизги суроосу, бир учак газ турбина моторунда йалнызжа басым катышы, аба чыгымы же күйүү температурасы гиби мөөнөткли изилдөө өзгөрмөлеринин дегил, моторун ханги компоненттерден олушажторынын да ошол эле анда оптимизе едилип едмененмейежегидир. Геленкошумчасел тасарым йаклашымында кыймылдаткыч архитектурасы чогунлукла мурунден белирленир; ардындан бу туруктуу архитектура үчүндкошумчаи термодинамик өзгөрмөлер айарланыр. Бөйле бир сыра, хенүз баштапкыта сечилмейен компонент комбинасйонларынын маанилендирме дышында калмасына неден олур.

Изилдөө бу сынырламайы, компонент курулумларыны сыфыр же бир мааниини тармак экилик өзгөрмөлерле диагнозмлайарак ашмайы амачламактадыр. Оптимизасйон бөйлеже йалнызжа “Бу мотор ханги басым катышында изилдөөлы?” сорусуну дегил, “Ара согутужу курулмалы мы?”, “Ысы гери казанымы кулланылмалы мы?”, “Чкошумчаирдкошумча акышын бир бөлүмү айланма детонация камерасында йениден ысытылмалы мы?” жана “Үчүнжү бир хава акышы булунмалы мы?” соруларыны да чечмелөөктедир.

Изилдөө неден маанилүү?

Мотор жанаримлилигини артыран хер компонент учуш сырасында нет казанч сторламаз. Бир жылуулук алмаштыргыч егзоз енержисинин бир бөлүмүнү гери казанабилир; бирок жылуулук алмаштыргычүн торырлыгы жана олуштурдугу басым кайбы бу казанжы азалтабилир. Даха чоң бир фан түртүү натыйжалуулугуни йүкселтебилир; факат фан чапы, кыймылдаткыч капоту, актарма системи, салмак жана аба аппараты интеграциясы үстүндө йени чектөөлөр олуштурур. Ошондуктан йалнызжа термодинамик жанаримин ен жогорку олдугу чеврим, учак жагынан ен уйгун мотор олмак зорунда дегилдир.

Изилдөөчүлөр бу чатышмайы ики амажы ошол эле анда маанилендиреркошумча еле алмактадыр:

• Күресел мотор жанаримлилигинин мүмкүн олдугунжа йүкселтилмеси,
• Фан, компрессорлер, күйүү камерасы, турбиналер, жылуулук алмаштыргычтар, аралаштыруу камерасы, йапысал елеманлар жана көмөкчү системалар дâхил жалпы күч системасынын салмагынын мүмкүн олдугунжа дүшүрүлмеси.

Бу йаклашым ткошумча бир “ен ийи мотор” йерине, натыйжалуулук өсүүы каршылыгында не кадар салмак кабул едилдигини гөстерен бир Парето фронту үретмкошумчатедир. Парето фронтундкошумчаи хер нокта, бир хедефин даха фазла иймененштирилмесинин дигер хедефте жоготуу олуштурдугу бир тасарымы темсил едер.

Өнермененн кыймылдаткыч архитектурасы насыл изилдөөктадыр?

Изилдөөдаки мотор акыш шемасы, класик ики шафтлы турбофан йапысыны дөрт истеге бторлы унсурла генбизнесктедир:

• Ара согутужу: Дүшүк басым жана жогорку басым компрессорлери арасындаки хавайы согутарак кийинки сыкыштырма иши үстүндө таасирли олур.
• Ысы гери казаным системи: Чкошумчаирдкошумча егзозундаки ысынын даха согук бир акыша актарылмасыны сторлар.
• Дөнер детонасйонлу йанма бөлүмү: Йүкскошумча басым турбинаинден кийинки чкошумчаирдкошумча акышын белирли бир бөлүмүнү йениден ысытарак басым пайдасы бар күйүүйы болжол менен катары темсил едер.
• Үчүнжү акыш каналы: Фан кийинкинда айрылан хаванын бир бөлүмүнү ысы жылуулук алмаштыргычтаринден кечирип экинчил акышла йениден бирлештирир.

Мотор шемасында ана чкошумчаирдкошумча акыш, фан акышы жана үчүнчү агым айры йолларла гөстерилмкошумчатедир. Дүшүк басым компрессорү жана жогорку басым компрессору сандык катары дөрт санал бөлүме бөлүнгөн. Бу виртуалдык бөлүмдөр чыныгы компрессор кадемелери дегилдир; газ өзелликлерини кадемели бичимде гүнжеллемкошумча жана турбина муздатуу абасынын ханги компрессор ноктасындан алынажторыны сечмкошумча үчүн кулланылан хесаплама түйүндөридир.

Дөнер детонасйон бөлүмү таасирн олдугунда чкошумчаирдкошумча акышын тамамы дегил, оптималдаштыруу тарафындан белирленен бир бөлүмү йениден ысытылыр. Йениден ысытылмыш акыш, басым салынымларынын түзүлүшленмеси амажыйла бир аралаштыруу камерасындан кечирилир жана төмөн басым турбинасы бөлүмлерине багытлендирилир. Модел ошол эле убакытда турбинаны муздатуунын геркошумчали олуп олмадыгыны жана муздатуу абасынын жогорку басым компрессорунүн ханги виртуалдык баскычсинден чкошумчамененжегини белирлемкошумчатедир.

Математиксел модельин ана йапысы недир?

Модел ики сыкы бторлы алт системден олушмактадыр. Термодинамик модуль хер истасйондаки күтле, енержи жана моментум денгелерини чөзеркошумча иткийи, температуралары, басымлары, акыш хызларыны жана жанаримлери хесаплар. Салмак модульү исе ортайа чыкан деби, чап, баскыч саны, бет аянты жана материал параметрлеринден компонент салмактарыны тахмин едер. Ики модуль арджарык бичимде дегил, ошол эле оптималдаштыруу проблеми үчүнде еш убакытлы чөзүлүр.

Бир мотор истасйонундаки массалык чыгымнин генел бичими шу байланышйле жанарилмкошумчатедир:

\[ \dot{m}_s = \dot{m}_{\pi}\left(FM_s-\sum_{i\in\mathcal{I}}\sum_{s'\in\mathcal{X}_s}SB_{s',i}+\sum_{i\in\mathcal{I}_s}GB_i+\sum_{c\in\mathcal{Z}_s}FAR_c\right)RF_s \]

Бурада \(\dot{m}_с\), илгили мотор истасйонундаки массалык чыгымйи; \(\dot{m}_{\pi}\), өзөк аба чыгымыни; \(FM_с\), чкошумчаирдкошумча, бйпасс же үчүнчү агыма бторлы деби чарпаныны; \(SB_{с',и}\), компрессорден чкошумчамененн муздатуу абасыны; \(GB_и\), турбинае йениден жанармененн муздатуу абасыны; \(FAR_ж\), отун-аба катышыны жана \(RF_с\), кайра ысытылган агым катышыны темсил едер. Денклем, мотор бойунжа хава чкошумчаилмеси, йакыт кошумчаленмеси жана согутма акышынын йениден катылмасы неденийле дебинин туруктуу калмадыгыны туюнтат.

Арджарык мотор истасйонлары арасындаки жалпы температура жана жалпы басым дегишимлери ики генел катышла диагнозмланмактадыр:

\[ T_{0s}=T_{0s'}TR_{c,s'} \]

\[ P_{0s}=P_{0s'}PR_{c,s'} \]

\(TR\), компонентин температура катышыны; \(PR\), басым катышыны гөстерир. Компресөр, турбина, күйүү камерасы, жылуулук алмаштыргыч, канал же карышым ишлеми үчүн уйгун физикалык денклем бу ики катыша бторланмактадыр. Бөйлеже моторун тамамы истасйондан истасйона изленебмененн ортак бир йапыда модельленмкошумчатедир.

Дөнер детонасйонлу кайра ысытуу насыл модельленмиштир?

Дөнер детонасйон одасынын басым казанжы, идеализе едилмиш туруктуу көлөмдүү ысы кошумчалеме мөөнөтжине бензетилмкошумчатедир. Кулланылан темел басым катышы шу бичимдедир:

\[ PR_{RDC,\pi42}=\frac{T^{CV}_{0\pi43}}{T_{0\pi42}}\left(\frac{T_{0\pi43}}{T^{CV}_{0\pi43}}\right)^{\frac{\gamma_{\pi43}}{\gamma_{\pi43}-1}} \]

\(PR_{RDC,\pi42}\), айланма детонация камерасынын тахмини басым катышыны; \(Т_{0\pi42}\), одайа гириш жалпы сыжаклыгыны; \(Т_{0\pi43}\), чыныгы чыкыш жалпы сыжаклыгыны; \(Т^{CV}_{0\pi43}\), ешмаани туруктуу көлөмдүү мөөнөтч сыжаклыгыны жана \(\gamma\), менчик жылуулук катышыны туюнтат. Модел чыныгы детонасйон далгаларыны убакыта бторлы үч бойутлу акыш чөзүмүйле хесапламамактадыр. Бунун йерине детонасйонлу йанманын чеврим севийесиндкошумчаи оласы басым жана температура таасирини болжол менен бир термодинамик бторынтыйла чагылдырат.

Нет итки жана мотор жанарими насыл эсептелген?

Нет итки, чкошумчаирдкошумча жана экинчил соплолардаки моментум дегишимлери менен сопло чыкыш басымларынын ортам басынжындан ар башка олмасынын олуштурдугу басым иткисинин жалпыыдыр:

\[ F_{Net}=\dot{m}_{\pi}\left[V_{\pi9}\left(1+\sum_{c\in\mathcal{Z}}FAR_c\right)-V_{\infty}\right]+А_{\pi9}(П_{\pi9}-П_{\infty})+\dot{m}_{\pi}(\beta+\sigma)(В_{\beta9}-В_{\infty})+А_{\beta9}(П_{\beta9}-П_{\infty}) \]

\(В_{\pi9}\) жана \(В_{\beta9}\), чкошумчаирдкошумча жана экинчил сопло чыкыш хызларыны; \(В_{\infty}\), учуу ылдамдыгыны; \(\beta\), бйпасс катышыны; \(\sigma\), үчүнчү агым катышыны; \(А\), сопло чыкыш тармакыны жана \(П\), басымлары көрсөтөт. Оптимизасйонда таза түртүү, хедефленен 10, 30 же 50 кН мааниине болжол менен \(10^{-12}\) мертебесиндкошумчаи толерансла ешитленмкошумчатедир.

Күресел натыйжалуулук, учтора актарылан йарарлы итки гүжүнүн йакытла сторланан енержийе катышыдыр:

\[ \eta_{glob}=\frac{F_{Net}V_{\infty}}{HV\dot{m}_{\pi}\sum_{c\in\mathcal{Z}}FAR_c}=\eta_{th}\eta_{prop} \]

\(\eta_{глоб}\), глобалдык жанаримлилиги; \(HV\), йакытын төмөнкү жылуулук баалуулугуини; \(\eta_{тх}\), ысыл жанаримлилиги жана \(\eta_{проп}\), түртүү натыйжалуулугуни темсил едер. Изилдөөда Жет-А1 бензери йакыт үчүн ысыл маани \(44\times10^6\) Ж/кг катары алынмыштыр. Ешитлик, йакыт енержисинин мурун термодинамикалык циклде мкошумчааник жана жет енержисине, ардындан бу жет енержисинин йарарлы иткийе дөнүштүрүлдүгүнү туюнтат.

Салмак модельи нелери камтууактадыр?

Топлам күч системасынын салмагы шу фигураде бирлештирилмиштир:

\[ W_{PwP}=W_{add}+W_{struct}+\sum_{c\in\mathcal{C}}W_c \]

\(W_ж\), айры мотор компоненттеринин торырлыгыны; \(W_{стружт}\), йапысал торырлыгы; \(W_{адд}\), каблолар, байланыш елеманлары жана түздөн-түз модельленмейен көмөкчү системалари туюнтат. Фан, компрессор, күйүү камерасы жана турбина салмаклары чап, деби, кошумчасенел хыз, баскыч саны жана мотор гүжү гиби өзгөрмөлерден түретилмиштир.

Ысы жылуулук алмаштыргычү торырлыгы бет аянтына бторлы катары хесапланмактадыр:

\[ W_c=2K_{hex}S_c\lambda_c \]

\(К_{хеx}=3,6\) кг/м², жылуулук алмаштыргыч чкошумчаирдегинин тармак йогунлугуну; \(С_ж\), жылуулук алмаштыргыч тармакыны; \(\lambda_ж\), жылуулук алмаштыргычүн курулуп курулмадыгыны гөстерен экилик өзгөрмөи темсил едер. Ики катсайысы; капак, канал жана байланыш боруларынын жылуулук алмаштыргыч чкошумчаирдегине болжол менен ешит кошумча күтле олуштурдугу божомолындан гелмкошумчатедир.

Дөнер детонасйон одасынын торырлыгы исе кайра ысытылган агым катышыйла ана күйүү камерасы торырлыгынын сызыктуу масштабленмеси үстүндөн тахмин едилмиштир:

\[ W_{RDC}=\chi W_{CC} \]

\(\chi\), йениден ысытылан чкошумчаирдкошумча акыш катышыны; \(W_{CC}\), ана күйүү камерасынын тахмини торырлыгыны көрсөтөт. Бу басит байланыш, олгунлашмыш бир айланма детонация мотору салмак жанари табаны булунмадыгы үчүн кулланылан алдын ала дизайн божомолыдыр жана натыйжаларын өнемли белирсизликлеринден биридир.

Натыйжалуулук менен салмак арасындаки денге насыл курулмуштур?

Натыйжалуулук жана салмак ар башка биримлере жана сандык масштаблере сахип олдугу үчүн мурун ткошумча амачлы оптималдаштырууларла ики реферанс маани белирленмиштир: улашылабмененн ен жогорку глобалдык натыйжалуулук жана улашылабмененн ен төмөн күч системасынын салмагы. Даха кийин ики амач нормалдаштырылгантир:

\[ \Theta_{Eff}=\frac{\eta^{Anch}_{glob}-\eta_{glob}}{\eta^{Anch}_{glob}} \]

\[ \Theta_{We}=\frac{W_{PwP}-W^{Anch}_{PwP}}{W^{Anch}_{PwP}} \]

Бирлештирилмиш максат функциясы шу бичимдедир:

\[ \Theta_{Opt}=\alpha_{We}\Theta_{We}+\alpha_{Eff}\Theta_{Eff} \]

\[ \alpha_{We}+\alpha_{Eff}=1 \]

\(\alpha_{Ефф}\) бүйүдүкче оптималдаштыруу жанаримлилиге, \(\alpha_{Wе}\) бүйүдүкче төмөн торырлыга даха фазла мурунлик жанарир. Изилдөөчүлөр катсайылары 0 менен 1 арасында 0,025 аралыкларла дегиштиреркошумча Парето фронтуни болжол менен катары олуштурмуштур. Салмаклы жалпы ыкмаи, сызыктуу эмес жана дышбүкей олмайан бир проблемде йалнызжа десткошумчаленен Парето чөзүмлерини йакалайабилдиги үчүн ортайа чыкан жепхе бүтүн оласы баскын олмайан чөзүмлерин кошумчасиксиз күмеси дегилдир.

MS-PABnB алгоритмсы неден физик билгили катары диагнозмланмактадыр?

Стандарт Бутак жана Чек алгоритмсы бүтүн экилик өзгөрмөлери генел математикалык чечимлар гиби еле алыр. MS-PABnB исе газ турбинанин физикалык бторымлылыкларыны кулланарак базы далларын дененмесини геркошумчасиз кылар. Изилдөөда дөрт темел елеме куралы колдонулган:

1. Бир жылуулук алмаштыргыч курулмамышса о жылуулук алмаштыргычүн жылуулук сыйымдуулук катышыны белирлейен алт чечимлар араштырылмаз.
2. Ики жылуулук алмаштыргычүн жылуулук сыйымдуулук катышы сечижмененринин ар башка маанилери физикалык катары уйгуланамаз чөзүм олуштуруйорса экинчи өзгөрмө илкине бторланыр.
3. Бир турбинаин согутмасы таасирн дегилсе бүтүн муздатуу абасы чкошумчаиш нокталары сыфырланыр. Бир чкошумчаиш ноктасы сечилдигинде ошол эле турбина үчүн дигер нокталар араштырылмаз.
4. Бир далда колдонууга мүмкүн жана даха ийи бир мевжут чөзүм эрте булунурса геркошумчасиз алт далларын араштырылмасы дурдурулур.

Моделде 16 экилик өзгөрмө бар. Бунларын хичбир байланыш кулланылмадан бүтүн комбинасйонлары араштырылсайды йалнызжа икили йапы үчүн \(2^{16}=65.536\) оласылык ортайа чыкажакты. Физиксел кураллар, чыныгы дышы же бирбирини ткошумчарар еден комбинасйонлары чөзүм торажынын эрте баскычтарында калдырмактадыр.

Башлангыч нокталары насыл түзүлгөн?

Догрусал олмайан оптималдаштыруулар баштапкы маанилерине дуйарлы олдугу үчүн изилдөөчүлөр үч баскычлы бир баштапкы ноктасы үретим системи гелиштирмиштир:

1. Там фактөрийел эксперименттик дизайн: Топлам аба чыгымы, үчүнчү агым катышы, кайра ысытылган агым катышы, жалпы басым катышы жана жылуулук алмаштыргыч тармаклары белирленен сынырлар үчүнде үлгүленмиштир.
2. Вкошумчаил модельле елеме: АдаБоост сыныфландырыжысы бир адай чевримин максаттуу түртүүйи сторлайып сторлайамайажторыны тахмин етмиштир. Уйгуланабилир гөрүлен адайларын турбина гириш сыжаклыгы LSBoost регресйон модельийле кестирилмиштир.
3. Йакыт-хава катышы белирлеме: Елемеден кечен адайларда максаттуу түртүүйи каршылайажак отун-аба катышы хесапланмыш; термодинамик чектөөлөры сторлайамайан нокталар чыкарылмыштыр.

Йалнызжа эксперименттик дизайн кулланылдыгында 360 адайын 21'и колдонууга мүмкүн олмуш жана ишке жарамдуулук катышы %5,83'те калмыштыр. Вкошумчаил модель елемесийле 160 адай колдонууга мүмкүн булунмуш жана катыш %44,4'е чыкмыштыр. Йакыт-хава катышы белирлеме баскычсындан кийин 319 адайын колдонууга мүмкүн хâле гелмесийле катыш %88,6'йа улашмыштыр.

Модел насыл догруланмыштыр?

Термодинамик модель, үч реферанс мотор сыныфында GASTURB йазылымыйла салыштырылган. Кулланылан реферанслар болжол менен 10 кН сыныфында ALF502Л, 30 кН сыныфында PW2040 жана 50 кН сыныфында CFM56-2Ж1 моторларыдыр. Нет итки жана менчик отун керектөөндкошумчаи фарклар бүтүн сыныфларда %0,1'ин астында калмыштыр.

Ошону менен бирге ич мотор өзгөрмөлеринде фарклар даха чоңтүр. Өрнегин 50 кН сыныфында төмөн басым турбинасы чыгуу басымы GASTURB модельинде 70,69 кПа, гелиштирмененн модельде 65,75 кПа; чкошумчаирдкошумча сопло чыгуу ылдамдыгы сырасыйла 478,04 жана 469,48 м/с эсептелген. Ошондуктан текшерүү, жалпы итки жана отун керектөө бакымындан гүчлү уйум гөстерсе де бүтүн ич истасйон маанилеринин ошол эле такликте ешлештиги шкошумчалинде йорумланмамалыдыр.

Салмак модельи, үч мотор чоңлүгүнде коммерциялык мотор жанари табанларыйла салыштырылган. Орточо мутлак йүзде ката болжол менен 10 кН сыныфында %10,8, 30 кН сыныфында %5,6 жана 50 кН сыныфында %6,3 катары билдирилмиштир. Айны сыныфлардаки ката стандарттык четтөөлары сырасыйла %6,0, %4,9 жана %4,6'дыр. Базы ткошумчаил моторларда ката %15-16 деңгээлине чыкмактадыр.

Алгоритм салыштыруусы не гөстермиштир?

Модел, GAMS 50.4.1 жана LINDO API 14.0 ортамында Жалпыланган Кыскартылган Градиент ыкмаи кулланыларак чөзүлмүштүр. Хесапламаларда болжол менен 50 чоклу баштапкы ноктасы, \(10^{-12}\) ишке жарамдуулук толерансы жана хер чөзүм үчүн 3.600 секундлик үст убакыт сыныры колдонулган.

Модел истатистиклери таблицасу 483 чектөө билдирмкошумчатедир: 451 теңдеме, 17 кичине-ешит жана 15 чоң-ешит чектөөы. Бунларын 351'и сызыктуу эмес, 132'си сызыктуудыр. Топлам 471 өзгөрмө үчүнде 16 экилик өзгөрмө бар. Анжак сонуч бөлүмүнде “471 үзгүлтүксүз өзгөрмө жана 16 дискреттик чечим” ифадеси колдонулган. Бу ифаде, 471 жалпы өзгөрмө гөстерен таблицайла тутарлы дегилдир жана йүкленен сүрүмде ачыкланмайан бир йазым же классификация ар башкалыгыдыр.

Башлангыч ноктасы дуйарлылыгы графиклери, үч итки сыныфында да MS-PABnB'нин реферанс ен ийи чөзүме салттуу чок баштапкылы Бутак жана Чек ыкмаинден даха аз баштапкы ноктасыйла йаклаштыгыны көрсөтөт. 50 кН сыныфында түйүн башына эсептөө чыгымы базы аймактарде йүкселсе де, геркошумчали баштапкы ноктасы сайысынын азаюусы жалпы мөөнөт авантажыны корумуштур.

Дүгүм сайысы графиклери, MS-PABnB'нин Парето фронту бойунжа даха аз түйүн араштырдыгыны жана чейркошумчалер арасы дторылымынын даха дар олдугуну көрсөтөт. Өзелликле 30 кН сыныфында натыйжалуулук торырлыгынын болжол менен 0,5-0,6 олдугу аймакде салттуу ыкмаин түйүн сайысы белиргин бичимде йүкселиркен физик билгили йаклашымда ошол эле сычрама гөрүлмемиштир. Нормализе едилмиш максат функциясы графиклеринде де MS-PABnB үч сыныфта генел катары даха төмөн орточо маанилер үретмиштир.

Ана мотор тасарымы табылгалары нелердир?

Сечмененн темсилî тасарымларда аралык муздаткыч жана ысы гери казаным жылуулук алмаштыргычү хичбир итки сыныфында кулланылмамыштыр. Ешанжөрлерин олуштурдугу салмак жана басым кайбы, сечмененн натыйжалуулук-салмак денгесинде сторлайабмененжкошумчалери термодинамик казанжы ашмыштыр. Изилдөөчүлөр йалнызжа жанаримлилиге чок жогорку салмак жанармененн башка Парето нокталарында жылуулукту калыбына келтирүүнын авантажлы олабилдигини белиртмкошумчатедир.

30 жана 50 кН сыныфларындаки темел казанч; чкошумчаирдкошумча моторун күчүлтүлмеси, акышын бир бөлүмүнүн айланма детонация бөлүмүнде йениден ысытылмасы жана бйпасс менен үчүнчү агым катыштарынын йүкселтилмесинден догмуштур. Йениден ысытма чкошумчаирдкошумча акышын гүч йогунлугуну артырмыш; даха кичине чкошумчаирдкошумчале максаттуу түртүүнин корунмасына жана фан чевресинден даха фазла хава кечирилмесине имкâн жанармиштир.

30 кН тасарымында ONAED, OCA'йа боюнча глобалдык жанаримлилиги %15,40 артырмыш жана торырлыгы %22,38 азалтмыштыр. 50 кН тасарымында натыйжалуулук өсүүы %15,73, салмак азаюусы %18,23'түр. 10 кН сыныфында ики архитектура нередейсе ошол эле сонужу жанармиштир: натыйжалуулук фаркы йалнызжа %0,38, салмак фаркы %0,19'дур.

10 кН сыныфындаки сынырлы казанжын недени, хем йени хем салттуу архитектуранин чкошумчаирдкошумча дебиси үчүн белирленен 17,57 кг/с алт сыныра улашмасыдыр. Чкошумчаирдегин даха фазла күчүлтүлемемеси, йени компоненттерин бйпасс катышыны артырмак үчүн сторлайабмененжеги кошумча тасарым сербестлигини сынырландырмыштыр.

Бүтүн сечмененн тасарымларда жалпы басым катышы 33,1 олан үст сыныра улашмыштыр. Йанма одасы чыкыш сыжаклыгы 10 кН тасарымында болжол менен 1.659-1.668 К, 30 жана 50 кН тасарымларында 1.860 К үст сынырындадыр. Бу натыйжалар, оптималдаштырууун жанармененн чектөөлөр үчүнде жогорку басым катышы жана жогорку тепе сыжаклыгыны тержих еттигини көрсөтөт; бирок малземе өмрү, айрынтылы согутма тасарымы жана азот оксиди олушуму бүтүн физикалык айрынтыларыйла модельленмемиштир.

Парето графиктери насыл йорумланмалыдыр?

Парето графиктеринде ONAED чөзүм узайы, OCA чөзүм узайыны тамамен ичермкошумчатедир. OCA, йени архитектурадкошумчаи истеге бторлы компоненттерин тамамынын капатылдыгы өзел бир алт проблемдир. Ошондуктан ONAED'ин OCA'дан даха көтү олмамасы, йалнызжа йени ткошумчаноложмененрин физикалык башарысындан дегил, оптималдаштыруу проблеминин математикалык катары даха гениш бир тасарым узайына сахип олмасындан да ресурсланмактадыр.

30 жана 50 кН сыныфларында ики Парето фронту арасындаки айрым белиргиндир. 10 кН сыныфында исе жепхелер чоң өлчүде чакышмактадыр. Хиперхажим көрсөткүчси йени архитектуранин реферанс мотора боюнча баскын олдугу амач узайыны өлчмкошумчатедир. Мутлак хиперхажим казанжы 30 кН сыныфында, ONAED'ин OCA'йа боюнча катышсал үстүнлүгү исе 50 кН сыныфында даха белиргиндир.

Сейир тапшырмаи жана эмиссия натыйжалары нелердир?

Сечмененн тасарымлар үч темсилî круиздик миссиянде бааланган. Йаклашык 10 кН сыныфы үчүн 2,5 саатлик Жаноуан-Форт Лаудердале, 30 кН сыныфы үчүн 4 саатлик Лихуе-Лос Ангелес жана 50 кН сыныфы үчүн 8 саатлик Сãо Пауло-Wасхингтон сейир бөлүмлери колдонулган. Гөревлер чыныгы учуш роталарындан түретилмиш олса да йени моторлар чыныгы учаклара йерлештирмененркошумча учурулмамыштыр.

30 кН сыныфында ONAED'ин отун керектөө OCA'йа боюнча %19,62, реферанс PW2040 модельине боюнча %27,64 даха төмөнтүр. 50 кН сыныфында азаюу OCA'йа боюнча %21,23, реферанс мотора боюнча %27,58'дир. Карбондиоксит натыйжалары кулланылан туруктуу yakıt-CO₂ дөнүшүм катсайысы неденийле отун керектөөндкошумчаи дегишими ошол эле йүздейле излемкошумчатедир.

Азот оксит сонужу хер сыныфта ошол эле багытде дегилдир. 30 кН ONAED тасарымы реферанс мотордан %8,90, 50 кН тасарымы %22,68 даха төмөн NOx үретмиштир. Буна каршылык 10 кН ONAED тасарымында NOx, реферанс ALF502Л модельинден %86,86 даха жогорку эсептелген. Изилдөөчүлөр бу өсүүы жогорку күйүү температурасы жана бу сыныфта йакыт тасарруфунун сынырлы калмасыйла байланышлендирмкошумчатедир.

CO₂, йакылан хер килограм Жет-А1 үчүн 3,159 кг CO₂ катсайысыйла эсептелген. NOx маанилери Боеинг Фуел Флоw Метход 2 темелли басым жана температура масштабдоосуне дайанмактадыр. CO жана күйбөгөн көмүрсуутеклар жогорку гүчлү сейирде туруктуу артык эмиссия маанилерийле модельленмиштир. Демек эмиссия таблицасу түздөн-түз егзоз газы өлчөөү дегил, тапшырма бойунжа хесапланан йакыт акышы жана ампирик эмиссия байланышлеринин сонужудур.

Изилдөөнүн күчтүү жактары нелердир?

• Мотор архитектураси, термодинамик изилдөө ноктасы жана салмак ошол эле оптималдаштыруу проблеминде бирлештирилмиштир.
• Йени архитектура менен салттуу архитектура ошол эле чектөөлөр жана ошол эле модель астында салыштырылган.
• Термодинамик модель үч мотор сыныфында GASTURB натыйжаларыйла салыштырылган.
• Салмак модельи чок сайыда чыныгы мотор жанарисийле айры катары бааланган.
• Башлангыч ноктасы үретими, жанакил макине үйрөнүүси модельлери жана физик табанлы дал елеме кураллары сандык катары салыштырылган.
• Натыйжалуулук-салмак денгеси ткошумча бир тасарым йерине бүтүн Парето фронту бойунжа изилденген.
• Йакыт жана эмиссия таасирлери үч ар башка итки жана сейир мөөнөтси сыныфында бааланган.

Изилдөөнын чектөөлөры нелердир?

• Изилдөө рецензиядан өтө элек бир препринттир.
• Герчкошумча мотор прототипи, тест клеткасы эксперименти же учуу менен текшерүү жок.
• Оптимизасйон йалнызжа сейир тасарым ноктасына одакланмактадыр; учуп чыгуу, көтөрүлүү, түшүү жана өзгөрмө изилдөө кошуллары бирге оптимизе жасалган эмес.
• Компресөр жана турбина перформанс хариталары, кечижи режимлер жана мотор контрол динамиклери ачык бичимде модельленмемиштир.
• Мотор капортасы сүрүклемеси, аба аппараты интеграциясы, монтаж таасирлери жана фан чапынын бүтүн аэродинамикалык натыйжалары моделье дâхил дегилдир.
• Акустик чектөөлөр жана айланма детонация камерасынын айрынтылы басым салынымлары маанилендирилмемиштир.
• Дөнер детонасйон одасы, карыштырма бөлүмү жана жылуулук алмаштыргыч салмаклары болжол менен кореласйонлара дайанмактадыр.
• Ысы жылуулук алмаштыргычтаринин айрынтылы канатчык, канал жана акыш геометрмененри чөзүлмемиштир.
• Салмаклы жалпы ыкмаи дышбүкей олмайан Парето фронтунин бүтүн баскын олмайан нокталарыны булмайы гаранти етмемкошумчатедир.
• Алгоритмнын каршылаштырылдыгы реферанс оптимум, 150 баштапкы ноктасыйла булунан ен ийи билинен чөзүмдүр; йүкленен текстде көз карандысыз бир глобалдык оптималите сертификасы сунулмамактадыр.
• ONAED чөзүм узайы OCA'йы ичердигинден ONAED'ин Парето үстүнлүгүнүн бир бөлүмү проблем йапысындан ресурсланмактадыр.
• Йүкленен досйада атыф йапылан 55-116 нумаралы денклемлер менен 12-17 нумаралы таблицалары ичерен кошумчалер жок.

Изилдөө эмнени колдойт?

Изилдөө, термодинамикалык цикл жана салмак тахмини бирге оптимизе едилдигинде, өзелликле 30 жана 50 кН круиздик түртүү сыныфларында кайра ысытуулы жана үчүнчү агымлы мотор архитектураларинин модель үчүнде салттуу ики акышлы тасарымлардан даха ийи натыйжалуулук-салмак денгелери үретебилдигини колдойт. Айрыжа физикалык бторымлылыклары кулланан дал елеме куралларынын ошол эле чечүү чөйрөсүнда салттуу Бутак жана Чек йаклашымындан даха аз түйүнле жана даха туруктуу натыйжаларла чалышабилдигини көрсөтөт.

Изилдөө эмнени далилдебейт?

Изилдөө, өнермененн моторларын үретмененбилир, сертификаттала турган же мевжут хава арачларына түздөн-түз такылабилир олдугуну далилдебейт. Хесапланан салмак азаюулары чыныгы үретим мотору тартымлары дегилдир. Йакыт жана эмиссия маанилери учушта өлчөнгөн эмес. Дөнер детонасйон системинин мкошумчааник өмрү, гүрүлтүсү, термелүүи, согутма ихтийажы жана гүжананилирлиги ырасталган эмес. Сейир ноктасындаки жогорку бйпасс жана кичине чкошумчаирдкошумча тержихинин учуп чыгуу жана көтөрүлүү перформансыны каршылайажторы да гөстерилмемиштир.

Түркия жагынан ыкмасел маании недир?

Изилдөөнын Түркия жагынан есас маании, хазыр бир мотор тасарымы сунмасындан чок, ар башка мотор компоненттеринин ошол эле сандык ортамда сечилмесини жана бойутландырылмасыны сторлайан ыкмасел алкаксидир. Газ турбинаи, турбофан, йардымжы гүч үнитеси же башка енержи дөнүшүм системлеринде чалышан изилдөө кошумчаиплери; компонент курулуму гиби дискреттик чечимларла басым катышы, деби, температура жана геометри гиби үзгүлтүксүз өзгөрмөлери ортак бир MINLP модельи үчүнде маанилендиребилир.

Ошону менен бирге бу йаклашымын чыныгы бир инженерия програмына актарылабилмеси үчүн жогорку догрулуклу эсептөөчү агым суюктугулар динамиги, малземе жана өмүр анализлери, компонент хариталары, тест клеткасы жанармененри, үретим чектөөлөры жана бүтүн миссия профилийле догруланмасы керек. Изилдөө бу баскычтарын йерине кечмемкошумчате; алдын ала дизайн узайыны даралтабмененжкошумча бир хесаплама ыкмаи өнермкошумчатедир.

Изилдөөнүн методу жана жыйынтыктары

Изилдөө дизайнынын ткошумчаник өзети

Модел туруктуулери жана изилдөө кошуллары

• Идеал газ туруктууи: 287,05 Ж/(кг К).
• Йакыт ысыл маании: \(44\times10^6\) Ж/кг.
• Карыштырма одасы үчүн IN-738 йогунлугу: 8.110 кг/м³.
• Ысы жылуулук алмаштыргычү тармак йогунлугу: 3,6 кг/м².
• Топлам басым катышы аралыгы: 15-33,1.
• Йениден ысытылан акыш катышы аралыгы: 0-0,5.
• Ара согутужу жана гери казаным жылуулук алмаштыргычү бет аянты: 0-750 м².
• Дениз севийесине дүзелтилмиш жалпы деби үлгүе аралыгы: 17,57-802,4 кг/с.

Термодинамик текшерүү натыйжалары

Ен өнемли сандык табылгалар

• Башлангыч ноктасы ишке жарамдуулукси %5,83'тен %88,6'йа йүкселмиштир.
• MS-PABnB үч итки сыныфында салттуу ыкмае боюнча даха аз арама түйүнү кулланмыштыр.
• 30 кН ONAED тасарымында глобалдык натыйжалуулук 0,442, OCA тасарымында 0,383'түр.
• 30 кН ONAED торырлыгы 1.634 кг, OCA торырлыгы 2.104 кг'дыр.
• 50 кН ONAED жанаримлилиги 0,412, OCA жанаримлилиги 0,356'дыр.
• 50 кН ONAED торырлыгы 2.425 кг, OCA торырлыгы 2.966 кг'дыр.
• 30 кН круиздик миссиянде ONAED отун керектөө реферанс мотордан %27,64 даха төмөнтүр.
• 50 кН круиздик миссиянде ONAED отун керектөө реферанс мотордан %27,58 даха төмөнтүр.
• 10 кН сыныфында ONAED'ин NOx сонужу реферанс мотордан %86,86 даха жогоркутир.

Ыкмасел йорум сыныры

Бу натыйжалар, диагнозмланан өзгөрмө сынырлары, туруктуу компонент жанаримлери, болжол менен салмак бторынтылары жана сейир тасарым ноктасы үчүн кечерлидир. Моделин даха төмөн салмак үретмеси, физикалык моторун ошол эле салмакла үретмененбмененжегини ткошумча башына гөстермез. Бензер фигураде сейир йакытындаки азаюу, учуп чыгуутан инише кадар бүтүн тапшырма йакытынын ошол эле катышда азалажторыны канытламаз.

Булак жана метод эскертмеси

• Изилдөөнын там өзгүн ады: А Пхйсижс-Ажqуаинтед Бранжх-анд-Боунд Алгоритхм фор Мулти-Обжежтижана Миxед-Ынтегер Нонлинеар Оптимизатион оф Гас Турбине Енгинес
• Авторлор жана сыралары: Жарлос Áвила Жаталáн; Жорге Саажанадра; Луис Жадарсо
• Еш биринчи йазарлык: Еш каткы же еш биринчи йазарлык билгиси белиртилмемиштир.
• Жооптуу автор: Жарлос Áвила Жаталáн
• Жооптуу автор е-постасы: carlos.avila@urjc.es
• Мекеме: Унижанарсидад Рей Жуан Жарлос, Жамино дел Молино 5, Фуенлабрада, 28943 Мадрид, Испанйа
• DOI: 10.2139/ссрн.6945142
• Хакемли дерги: Хакемли бир дерги ады ырасталган эмес. Досйада изилдөө “Препринт субмиттед то Елсевиер” катары диагнозмланмактадыр.
• Жарыялоо платформасы: SSRN / SSRN Ележтрониж Жоурнал
• Өзгүн йайыневи же платформ бизнесжиси: Елсевиер бүнйесиндкошумчаи SSRN
• Жарыялоо жылы: 2026
• Булак түрү: Сайысал модельлеме жана көп максаттуу оптималдаштыруу изилдөөсы нителигинде препринт
• Рецензия абалы: Бу изилдөө бир препринттир жана рецензиядан өтө электир.
• Ресмî препринт байланышсы:SSRN изилдөө сайфасы
• DOI байланышсы:10.2139/ссрн.6945142

Бу Түркче ачыклама, йүкленен изилдөөнын метни, формүллери, таблицалары, кыймылдаткыч архитектурасы шемасы, алгоритм акыш шемасы, Парето графиктери жана эмиссия таблицалары инжеленеркошумча хазырланмыштыр. Изилдөөда булунмайан йени бир билимсел сонуч, мотор перформансы же колдонмо башарысы кошумчаленмемиштир. Дыш ресурс контролү йалнызжа йазар, мекеме, DOI, платформ жана йайын абалу гиби библийографик кимлик билгмененринин догруланмасы амажыйла колдонулган.

Йүкленен досйа 36 сайфада сона ермкошумчате, бирок ич сайфа нумартармакдырмасы жалпы 55 сайфайа ишарет етмкошумчатедир. Ана текстде атыф йапылан кошумча денклемлер, модель күмелери, калибрасйон параметрелери жана 12-17 нумаралы таблицалар досйада жок. Бу кошумчасиклик, модельин көз карандысыз катары бүтүнүйле йениден курулмасыны жана бүтүн катсайыларын денетленмесини енгеллемкошумчатедир.

Изилдөөнүн негизги чектөөлөрү; сейир тасарым ноктасына одакланмасы, экспериментсел мотор текшерүүсы ичермемеси, кечижи жана тасарым дышы изилдөө кошулларыны модельлемемеси, йени компоненттерин торырлыгыны болжол менен бторынтыларла хесапламасы, айрынтылы мотор-аба аппараты интеграциясыну дышарыда быракмасы жана эмиссиялары түздөн-түз өлчмкошумча йерине ампирик ыкмалерле тахмин етмесидир. Натыйжалар бу сынырлар үчүнде бир алдын ала дизайн жана эсептөөчү ыкма изилдөөсы катары маанилендирилмелидир.