Method of computation of gas-tube engines in windmill modes


Cite item

Full Text

Abstract

Providing the restart capability of engine in flight is an important certification requirement applied to engine units of manned and unmanned aerial vehicles oriented to ensuring flight safety with a given level of technical characteristics. It is important to perform preliminary analysis and evaluation of gas turbine engine parameters at the start-up and windmill modes before rig and flight tests. The work presents a method for computation of the windmill modes of gas turbine engines based on the use of analytical and numerical methods. The Numeca Fine/Turbo software package was used to calculate the maps of turbomachines at the sub-idle modes. The solution of the system of nonlinear equations for computing the start-up and windmill modes is carried out using the combined Newton-Nelder-Mead method. The application of the method is demonstrated by a mixed flow two-shaft turbojet.

About the authors

I. A. Leshchenko

PSC “UEC-Saturn”

Author for correspondence.
Email: igor.leshchenko@thermogte.ru
ORCID iD: 0000-0003-0231-8680

Doctor of Science (Engineering), Senior Researcher, Head of the Thermodynamics Team

Russian Federation

M. V. Rozhkova

Moscow Aviation Institute

Email: rozhkovamv@mai.ru
ORCID iD: 0009-0006-9650-3471

Postgraduate Student of the Department of Theory of Air-breathing Engines

Russian Federation

A. A. Tarmaev

Moscow Aviation Institute

Email: t38_69@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4549-4169

Candidate of Science (Engineering), Associate Professor of the Department of Theory of Air-breathing Engines

Russian Federation

V. V. Donskikh

Moscow Aviation Institute

Email: vic@mai.ru

Director of the Center for Information Security, Senior Lecturer of the Department of Aerospace Thermal Engineering

Russian Federation

References

  1. Order of the Federal Air Transport Agency of 28.12.2022 no. 970-P «On approval of Airworthiness Standards for civil light aircraft NLG 23».
  2. Order of the Federal Air Transport Agency of 16.12.2022 no. 922-P «On approval of Airworthiness Standards for unmanned aircraft systems with an unmanned aircraft-type vehicle with maximum take-off weight of up to 5400 kg NLG BAS-ST».
  3. Zarodyshev V.L. Tekhnicheskaya ekspluatatsiya letatel'nykh apparatov: ucheb. posobie [Aircraft maintenance: Study guide]. Kazan: Kazan State Technical University Publ., 2003. 351 p.
  4. Spravochnik aviatsionnogo inzhenera [Handbook of the aeronautical engineer / ed. by V.G. Aleksandrov]. Moscow: Transport Publ., 1973. 399 p.
  5. Borovikov A.D., Donskikh V.V., Lukovnikov A.V., Smolyakov O.A., Stepanov V.A. Kompleks gazodinamicheskogo proektirovaniya sverkhzvukovykh i giperzvukovykh vozdushno-reaktivnykh dvigateley, integrirovannykh s korpusom letatel'nogo apparata. Sbornik Nauchnykh Statey po Materialam V Mezhdunarodnoy Nauchno-Prakticheskoy Konferentsii «Akademicheskie Zhukovskie Chteniya» (November, 22-23, 2017, Voronezh, Russia). Voronezh: VUNTs VVS «VVA» Publ., 2018. P. 55-59. (In Russ.)
  6. Alabin M.A., Kats B.M., Litvinov Yu.A. Zapusk aviatsionnykh gazoturbinnykh dvigateley [Starting aircraft gas turbine engines]. Moscow: Mashinostroenie Publ., 1968. 228 p.
  7. Novosel'tsev D.A. Rabochiy protsess kompressorov GTD na rezhimakh avtorotatsii. Diss. … kand. tekhn. nauk [Working process of gas turbine engine compressors in autorotation modes. Thesis for a Candidate Degree in Science (Engineering)]. Omsk, 2002. 181 p.
  8. Kuznetsov V.I. Zamknutaya matematicheskaya model' rabochego protsessa GTD. Trudy Mezhdunarodnoy Nauchno-Tekhnicheskoy Konferentsii «Problemy i Perspektivy Razvitiya Dvigatelestroeniya» (June, 26-27, 2003, Samara). Part 2. Samara: Samara State Aerospace University Publ., 2003. P. 116-122. (In Russ.)
  9. Gaudet Sh.R., Gauthier J. A simple sub-idle component map extrapolation method. Proceedings of the ASME Turbo Expo 2007 (May, 14-17, 2007, Montreal, Canada). V. 1. P. 29-37. doi: 10.1115/GT2007-27193
  10. Zachos P.K. Gas turbine sub-idle performance modelling; Altitude relight and windmilling. Ph. D. Thesis. UK: Cranfield University, 2010. 234 p.
  11. Kholshchevnikov K.V., Emin O.N., Mitrokhin V.T. Teoriya i raschet aviatsionnykh lopatochnykh mashin: uchebnik dlya vuzov [Theory and calculation of aircraft blade machines]. Moscow: Mashinostroenie Publ., 1986. 431 p.
  12. Rzhavin Yu.A., Agul'nik A.B., Gusarov S.A., Karasev V.N., Kiktev S.I. Teoriya kompressorov i turbin aviatsionnykh GTD: ucheb. posobie [Theory of compressors and turbines of aircraft gas turbine engines]. Moscow: «Znanie-M » Publ., 2022. 467 p.
  13. Riegler C., Bauer M., Kurzke J. Some aspects of modeling compressor behavior in gas turbine performance calculations. Journal of Turbomachinery. 2001. V. 123, Iss. 2. P. 372-378. doi: 10.1115/1.1368123
  14. Therkorn D., Braig W. Turbinenkennfelderstellung für kleine arbeiten und drehzahlen. Z. Flugwiss & Weltraumforsch. 1994. V. 18, Iss. 2. P. 140-144.
  15. Leshchenko I.A., Vovk M.Yu., Burov M.N. Method of computation of start-up and windmill modes using elements-based nonlinear quasi-1d mathematical models of gas turbine engines. All-Russian Scientific-Technical Journal «Polyot». 2022. No. 7. P. 36-44. (In Russ.)
  16. Leshchenko I.A., Vovk M.Yu., Burov M.N. Method for mathematical modeling of start-up and windmill modes for gas turbine engines. Pumps. Turbines. Systems. 2022. No. 4 (45). P. 67-76. (In Russ.)
  17. Rozhkova M.V. Studying working process of the low-pressure compressor at the windmill modes. Aerospace MAI Journal. 2023. V. 30, no. 2. P. 91-98. (In Russ.). doi: 10.34759/vst-2023-2-91-98
  18. Erhard W., Hönle J., Kau H.-P., Kerler M., Nachtigall H. Experimental validation of a sub-idle compressor map extrapolation. Proceedings of the XXI International Symposium on Air Breathing Engines, ISABE 2013 (September, 9-13, 2013, Busan, Korea). V. 1. P. 192-198.
  19. Ferrer-Vidal L.E., Pachidis V., Tunstall R.J. An enhanced compressor sub-idle map generation method. Proceedings of the GPPS Forum 18 Global Power and Propulsion Society (January, 10-12, 2018, Zurich, Switzerland).
  20. Righi M., Ferrer-Vidal L.E., Allegretti A., Pachidis V. Low order models for the calculation of compressor sub-idle characteristics. Proceedings of the 24th Conference of the International Society of Air Breathing Engines (September, 22-27, 2019, Canberra, Australia).
  21. Aircraft Engines. Professional software for gas turbine performance calculations. Available at: https://gasturb.com
  22. Thermogasodynamic calculations of the gas turbine engines. Available at: http://thermogte.ru
  23. Mukhamedov R.R. Mathematical models of gas turbine engines. Molodezhnyy Vestnik UGATU. 2014. No. 1 (10). P. 35-43. (In Russ.)
  24. Dayneko V.I. Windmilling of compressor stages of gas turbine engines. Vestnik Dvigatelestroeniya. 2006. No. 3. P. 17-20. (In Russ.)
  25. Kuznetsov V.I. Eksperimental'nye issledovaniya gazoturbinnogo dvigatelya na rezhime avtorotatsii. Trudy Mezhdunarodnoy Nauchno-Tekhnicheskoy Konferentsii «Problemy i Perspektivy Razvitiya Dvigatelestroeniya» (June, 26-27, 2003, Samara). Part 1. Samara: Samara State Aerospace University Publ., 2003. P. 410-413. (In Russ.)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 VESTNIK of Samara University. Aerospace and Mechanical Engineering

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».